JPH08121699A - 高圧ガス整圧装置 - Google Patents

高圧ガス整圧装置

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JPH08121699A
JPH08121699A JP6252435A JP25243594A JPH08121699A JP H08121699 A JPH08121699 A JP H08121699A JP 6252435 A JP6252435 A JP 6252435A JP 25243594 A JP25243594 A JP 25243594A JP H08121699 A JPH08121699 A JP H08121699A
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JP
Japan
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pressure
city gas
heat
temperature
heat exchanger
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JP6252435A
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English (en)
Inventor
Kiyoshi Murata
清 村田
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Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Pipeline Systems (AREA)
  • Control Of Fluid Pressure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 都市ガス整圧装置の整圧性能および供給信頼
性を損なうことなく、加温するためのヒータを不要に
し、必要な電力を確保する。 【構成】 一次側管路11から圧力P1で供給される都
市ガスは、熱交換器15で温度T1からT2まで加温さ
れ、減圧タービン14によって膨張する際にエネルギー
が取出される。減圧タービン14の出側では圧力P3、
温度T3にそれぞれ低下し、さらにガバナ13によって
二次側管路12の所定圧力P4に減圧される。予め熱交
換器15で加温してあるので、二次側管路12の温度T
4は3℃をキープすることができる。減圧タービン14
は発電機17を駆動し、この電力によってヒートポンプ
16を作動させ、周囲の環境中から熱を吸収して熱交換
器15で都市ガスを加温する。発電される電力は、整圧
設備内で使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、都市ガスの配管系統に
用いられ、上流側から高い圧力の都市ガスを受入れ、所
定の圧力に減圧して下流側に供給する高圧ガス整圧装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、図4に示すように、都市ガス
供給系統の途中で、一次側管路1と二次側管路2との間
に、ガバナ3が設けられ、一次側管路1の高い圧力P1
から二次側管路2の所定圧力P4に減圧する整圧を行っ
ている。このようなガバナ3についての先行技術は、た
とえば実公昭62−2654号公報や実公平1−386
50号公報などに開示されている。
【0003】都市ガスには、たとえばメタンを主成分と
する天然ガスが原料として使用され、減圧すると約0.
6℃/kgf/cm2 の割合で温度低下が生じる。減圧
されて0℃以下の低温となった都市ガスが下流側の配管
系統に出てゆくと、都市ガスの配管路が地中に埋設され
ている場合などは、直近の埋設物に低温による材料力学
的な悪影響を与えたり、土壌を凍結させて凍土による道
路への悪影響が発生するおそれがある。このため、図4
の先行技術では、一次側管路1とガバナ3との間に、ラ
インヒータと呼ばれる加温装置4を設ている。加温装置
4は、都市ガスを加温するための熱交換器5と、都市ガ
スに与える熱を発生するボイラ6とを含む。ボイラ6と
しては、ガス焚きボイラや電気ヒータ等がよく用いられ
ている。ガス焚きボイラであっても、ボイラ6を稼働さ
せるためには送風ファンなどに数kWの電力が必要であ
る。
【0004】加温装置4は、たとえば冬季など、一次側
管路1から受入れる都市ガスの温度T1が低下し、その
ままガバナ3によって二次側管路2の所定圧力P4に減
圧すると、二次側管路2の温度T4が0℃以下となるよ
うな場合に稼働させられる。加温装置4によって、加温
装置4とガバナ3との間の中間管路7で都市ガスの温度
T2を上昇させ、ガバナ3によって減圧しても、二次側
管路2の温度T4が、たとえば3℃程度に保たれるよう
にしている。中間管路7における都市ガスの圧力P3
は、一次側管路1の圧力P1とほぼ等しい。熱交換器5
における圧力損失はほとんど無視することができるから
である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図4に示すように、減
圧後の二次側管路2に供給される都市ガスの温度が0℃
以下とならないように、ボイラ6を熱源として加温する
構成では、ボイラ6に対して外部から都市ガスなどの燃
料や電力等のエネルギー源を供給することが不可欠であ
る。このため、停電時は、電力が供給されないので、都
市ガスを安定に供給することが困難になる。しかしなが
ら、寒波や大雪などで停電となっているようなときに
は、暖房用の都市ガスの需要が増大し、都市ガスの安定
供給が不可欠である。
【0006】本発明の目的は、都市ガスの減圧の過程で
発生するエネルギーを有効に利用し、本来の目的である
整圧性能および供給信頼性を損なうことなく、必要な熱
や電力を確保することができる高圧ガス整圧装置を提供
することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、大気圧よりも
高圧の都市ガスが上流側から供給され、予め定める一定
圧力に減圧して下流側に供給する高圧ガス整圧装置にお
いて、上流側から下流側に、熱交換器、減圧タービンお
よびガバナが順次配設され、周囲の環境中から熱を吸収
して熱交換器に与えて都市ガスを加温するためのヒート
ポンプが設けられ、減圧タービンの出力によってヒート
ポンプを駆動することを特徴とする高圧ガス整圧装置で
ある。
【0008】
【作用】本発明に従えば、大気圧よりも高圧の都市ガス
が上流側から供給されると、熱交換器によって加温さ
れ、減圧タービンおよびガバナによって一定圧力に減圧
されて下流側に供給される。減圧タービンは、都市ガス
の圧力を減圧する際に発生するエネルギーを回転力とし
て機械的なエネルギー変換して取出す。熱交換器には、
周囲の環境中から熱を吸収して都市ガスを加温するため
のヒートポンプが設けられる。ヒートポンプは、減圧タ
ービンの出力によって、たとえば機械的エネルギーを電
気的エネルギーに変換して、あるいは直接機械的に駆動
される。ヒートポンプを利用することによって、都市ガ
スを燃焼したり外部から電気エネルギーを供給したりし
ないでも、下流側に供給する都市ガスの圧力と温度とを
所定条件に維持することができる。
【0009】
【実施例】図1は、本発明の一実施例の高圧ガス整圧装
置の基本的な構成を示す。一次側管路1からは、たとえ
ば30〜60kgf/cm2 の一次圧P1で温度T1の
都市ガスが送られてくる。二次側管路12からは、たと
えば二次圧P4が7kgf/cm2 ・Gの中圧で温度T
4が3℃である都市ガスが下流側に供給される。二次側
管路12の圧力がP4で一定となるように減圧するガバ
ナ13の上流側には、減圧タービン14および熱交換器
15が設けられる。すなわち、一次側管路11から、熱
交換器15、減圧タービン14およびガバナ13が順次
配設され、P1の圧力で送られてくる都市ガスを、P4
に減圧して二次側管路12に供給する。
【0010】一次側管路11や二次側管路12は、一般
に地中に埋設されている。冬季などでは、地中の温度は
10℃程度に下がる可能性がある。都市ガスは、1kg
f/cm2当り約0.6℃の割合で温度が低下するの
で、17kgf/cm2減圧すると都市ガスの温度が0
℃以下となるおそれがある。下流側の配管路に使用して
いる材料は鉄系の一般材料であるので、都市ガスの温度
が0℃以下となると低温脆性により破損するおそれがあ
る。また配管路の途中に設けられる弁などに水分が凍結
し、その機能が損なわれるおそれもある。さらに周囲の
土壌が凍り、地上に霜柱が生じて道路の舗装などが浮上
がったり、それが融解したときに道路が陥没してしまう
ような被害が生じる。
【0011】圧力P1を圧力P4に減圧しても、温度T
4が0℃以下とならないように、余裕をみて3℃程度と
するため、熱交換器5によって温度T1の都市ガスを加
温して温度T2にするために、ヒートポンプ16が設け
られている。ヒートポンプ16は、周囲の環境中、たと
えば周囲の大気中の熱を吸収し、フロンのような冷媒や
水などを媒介させて熱交換器15で都市ガスを加温す
る。ヒートポンプ16内にはモータで駆動されるコンプ
レッサやポンプが含まれ、それらのモータは減圧タービ
ン14によって回転駆動される発電機17が発生する電
力によって駆動される。発電機17が発生する電力は、
高圧ガス整圧装置の周囲で利用することができる。たと
えば保安用のテレメータ装置の電源や、非常用電源とし
て設ける蓄電池の充電などに使用することができる。さ
らに、余剰電力は商用電力会社に売電することもでき
る。
【0012】ヒートポンプ16が周囲の熱を吸収して都
市ガスを加温することができる温度T2は、大気温度が
0℃のときに47℃程度であり、冬季以外の大気温度が
高い季節ではさらに上昇する。減圧タービン14と発電
機17とで、減圧の程度を調整し、二次側管路12の温
度T4が3℃以上となるようにする。
【0013】減圧タービン14の動作特性の一例を次の
表1に示す。減圧タービン14の入圧P2は、熱交換器
15における圧力損失が小さいので一次側管路11の圧
力P1にほぼ等しい。
【0014】
【表1A】
【0015】
【表1B】
【0016】タービン仕事量L(kW)は、次の第1式
によって表される。
【0017】 タービン仕事量L={κ/(κ−1)}×(P3V3/6120) ×{(P1/P3)(κ-1)/κ−1} …(1) κは定圧比熱Cpと定容比熱Cvとの比であり、κ=C
p/Cvである。都市ガスの標準状態での流量Vnは1
000Nm3 /hとし、T2は最大47℃とし、ガバナ
13の出側の温度T4は3℃を維持することが条件とな
る。発電機発電量Wg(kW)は、Wg=L×ηt×η
gで表される。ここでηtはタービン効率であり、0.
7程度である。ηgは発電機効率であり、0.9程度で
ある。温度低下量ΔT(deg)は、次の第2式のよう
に表される。
【0018】 ΔT=T2×ηt{1−(P3/P1)(κ-1)/κ} …(2) タービン流量をVw(kg/s)とすると、必要熱量Q
b(kcal/h)は3600×CpVw×ΔTで表さ
れる。ヒートポンプへの入力電力であるヒーポン入力W
i(kW)は、Qb/860ηc×ηhで表される。η
cはヒートポンプ効率を示し、2.9程度である。ηh
は熱交換器効率を示し、0.8程度である。定圧比熱C
pは0.5151Kcal/kg・deg程度である。
余剰電力W(kW)は、Wg−Wiである。
【0019】図2は、減圧タービン14の動作特性を示
す。入側の圧力P2は熱交換器15の圧力損失がほとん
どないので、一次側管路11の圧力P1に等しいとみな
すことができる。二次側管路12の圧力P4は7kgf
/cm2 ・Gにキープするとすれば、ガバナ13での圧
力低下分を6kgf/cm2 とし、充分な整圧動作を保
証する。出側の温度T4が3℃以上の範囲という条件が
加わると、図1の減圧タービン14は、図2に斜線を施
して示す範囲で動作可能である。
【0020】図3は、本発明の他の実施例による高圧ガ
ス制御装置の構成を示す。本実施例は図1に示す実施例
に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目
すべきは、入側管路18と出側管路19との間に介在さ
れる減圧タービン14によって、ヒートポンプ20を直
接機械的に駆動していることである。ヒートポンプ20
によって周囲の環境から吸収された熱量は、熱交換器1
5で都市ガスを加温するために使用される。減圧タービ
ン14によって発生される駆動力の一部は発電機21を
回転駆動するために使用される。発電機21からの出力
は、図1に示す実施例の余剰電力と同様に利用される。
【0021】以上の各実施例によれば、熱交換器15で
都市ガスを加温するための熱源としてボイラなどが不要
になり、またボイラの送風ファンなどに使用する電力を
買電することが不要になる。停電や燃料切れのために都
市ガスの加温が困難になることはなく、都市ガスの供給
を続けている限り、整圧動作を安定に続けることができ
る。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、都市ガス
を供給する際に加温する必要があっても、加温のための
熱源としてのボイラなどが不要となり、燃焼用の燃料や
電力の外部からの供給が不要となる。停電や燃料切れで
影響を受けることがなくなり、都市ガスの供給を続けて
いる限り、整圧設備としての稼働状態を安定に続けるこ
とができる。都市ガスを加温するための熱源としては、
周囲の環境中から熱を吸収するので、空気や海や川など
の未利用の熱エネルギーを有効に活用することができ
る。また、減圧された後でも都市ガスの温度が0℃以下
とはならないので、配管系統の材料に低温による脆性が
発生するおそれがなく、それを防止するためのアフター
ヒータなどの余分な補助機器の設置の必要もない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示す配管系統図であ
る。
【図2】図1の実施例の減圧タービンの動作特性を示す
グラフである。
【図3】本発明の他の実施例の構成を示す配管系統図で
ある。
【図4】従来からの高圧ガス整圧装置の構成を示す配管
系統図である。
【符号の説明】
11 一次側管路 12 二次側管路 13 ガバナ 14 減圧タービン 15 熱交換器 16,20 ヒートポンプ 17,21 発電機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F25B 29/00 49/00 F28D 20/00 G05D 16/16 C

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 大気圧よりも高圧の都市ガスが上流側か
    ら供給され、予め定める一定圧力に減圧して下流側に供
    給する高圧ガス整圧装置において、 上流側から下流側に、熱交換器、減圧タービンおよびガ
    バナが順次配設され、 周囲の環境中から熱を吸収して熱交換器に与えて都市ガ
    スを加温するためのヒートポンプが設けられ、 減圧タービンの出力によってヒートポンプを駆動するこ
    とを特徴とする高圧ガス整圧装置。
JP6252435A 1994-10-18 1994-10-18 高圧ガス整圧装置 Pending JPH08121699A (ja)

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