TWI652561B - 氣體壓力調整裝置 - Google Patents

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TWI652561B
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和田秀雄
細原靖治
長田耕一
丹羽浩志
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Abstract

提供抑制晃動，並確保迅速的響應性同時可進行穩定的壓力調整的氣體壓力調整裝置。
設置經由主導引迴路(20)而連接於下游管(13)並根據既定的基準動作控制壓(Ps)而控制主閥(11)的動作的主導引調速器(21)、經由與主導引迴路(20)係不同的統的副導引迴路(30)而連接於下游管(13)並根據比基準動作控制壓(Ps)高的既定的壓力(Pss)而控制主閥(11)的開閉動作的副導引調速器(31)，從而確保迅速的響應性同時實現穩定的氣體壓力調整。

Description

氣體壓力調整裝置
本發明，係關於在氣體供應系統中使用將以一次壓力從上游側傳輸來的氣體等減壓成二次壓力而供應至下游側的導引調速器的調速器(氣體壓力調整裝置)。
例如都市氣體等的氣體供應方面，係為了將在上游側輸送管(以下，稱作「上游管」)內以一次壓力(高壓/中壓)而運送的氣體減壓至預先設定的二次側設定壓力而供應至下游側輸送管(以下，稱作「下游管」)，而設有氣體壓力調整裝置(氣體調速器)。
歷來的氣體調速器，係如示於圖10，一般而言，具備針對從上游往下游的氣體的量進行調整的主閥(調速器主體)11、連接於下游管13並依下游側的壓力(以下稱作「二次壓」)P2的變化而針對調速器主體11進行控制的導引調速器21。導引調速器21係設定成二次壓P2成為既定的基準動作控制壓Ps以下時，使主閥(調速器主體)11動作而對下游側供應氣體。
使用如此之導引調速器21的氣體壓力調整裝置，係 存在如下相反的特性：使對於下游側的壓力變動的響應性變佳時，容易發生晃動，抑制晃動的發生時響應性變差。
設置於氣體等的供應線中的調速器等係不可使晃動發生。為此，在確保流量同時作成晃動不會發生的方法方面雖可考慮將導引調速器21的抽氣用膜片22充分縮擠，惟以此方法係將調速器主體打開的動作的響應性響應於二次壓P2的降低而顯著降低。尤其氣體壓力調整裝置從完全停止的完全閉塞狀態開始下游管13側的使用而使用量增加的情況下，開始使用而二次壓P2降低的時間點至實際上調速器主體11動作為止需要等待時間，故取決於下游側的使用量與配管容量的關係如何而於此等待時間內二次壓降低有時會變過大。
為了避開如此響應延遲而二次壓P2極端降低的狀態，供於抑制晃動的發生同時使響應性變佳用的先前技術方面，已提出如示於圖11的記載於專利文獻1之技術。
記載於專利文獻1之技術，係除主導引調速器SB以外，設置副導引調速器SC。副導引調速器SC的下游管13側，係經由副導引線S28，而連接於將主導引調速器SB連接於下游管13的主導引線S26。此外，副導引調速器SC的動作設定壓力係設定為比主導引調速器SB低。如此構成，使得調整成抑制主導引調速器SB的晃動，同時二次壓P2降低時，首先副導引調速器SC響應從而使響應性變佳。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本發明專利公開昭和53-78637號公報
然而，記載於專利文獻1之氣體調速器方面，係儘管使響應性變佳，惟副導引調速器SC動作時，氣體從副導引調速器SC經由副導引線S28及主導引線S26而流往下游管13。
此氣流係對於供應至主導引線S26的二次壓P2造成影響。為此存在副導引調速器SC開始動作時，無法正確將下游管的二次壓P2傳至主導引調速器SB，主導引調速器SB的動作成為不穩定如此之問題。
本發明，係鑑於上述問題點者，目的在於提供一種氣體壓力調整裝置(氣體調速器)，可抑制晃動的發生，同時獲得迅速的響應性，並且可確保穩定而充分的流量。
本發明相關之氣體壓力調整裝置，係鑑於上述現有技術的問題點而創作者，具備： 設置於管路的中途而將以一次壓從上游側輸送來的氣體減壓成二次壓而流放至下游側的主閥；經由限制器而連接前述主閥的上游側的管路與下游側的管路的主導引迴路；設於前述主導引迴路內的前述限制器的下游側，前述二次壓成為既定的基準動作控制壓以下時，針對通過前述主導引迴路的氣體的量進行控制，而以前述二次壓成為一定的方式針對前述主閥進行動作控制的主導引調速器；一端連接於前述主導引迴路的前述限制器與前述主導引調速器之間，另一端以與前述主導引迴路係不同的路徑而連接於前述下游側的管路的副導引迴路；以及設於前述副導引迴路內，前述二次壓成為比前述基準動作控制壓低的第2基準壓時，針對通過前述副導引迴路內的氣體的量進行控制從而動作控制前述主閥的副導引調速器。
此外，於下游管側設置文氏管，而將副導引迴路連接於文氏管的細管部，從而可進一步使響應性提升。
使副導引迴路的往下游管的連接點與主導引迴路係不同的位置，使副導引迴路與主導引迴路係不同的獨立的別的路徑，使得即使副導引調速器動作仍不會對於主導引調速器造成影響，穩定的動作成為可能。
10‧‧‧本發明的氣體壓力調整裝置
11‧‧‧主閥(調速器主體)
12‧‧‧上游側輸送管(上游管)
13‧‧‧下游側輸送管(下游管)
14‧‧‧限制器
16‧‧‧封閉體
17‧‧‧套筒
18‧‧‧閥體
19‧‧‧上游側連接管路
20‧‧‧主導引迴路
21‧‧‧主導引調速器
22‧‧‧抽氣用膜片
23‧‧‧可調膜片
30‧‧‧副導引迴路
31‧‧‧副導引調速器
50‧‧‧第2實施形態相關之氣體壓力調整裝置
51‧‧‧文氏管
53‧‧‧細管部
P1‧‧‧一次壓
P2‧‧‧二次壓
Pc‧‧‧控制壓
Ps‧‧‧基準動作控制壓
Pss‧‧‧副導引調速器的動作控制壓
Q‧‧‧流量
[圖1]針對本發明相關的氣體壓力調整裝置的一實施形態作繪示的圖。
[圖2]針對使用本發明相關之氣體壓力調整裝置的主閥(氣體調速器主體)的一例進行繪示的圖。
[圖3]示意性就在閉塞狀態下二次壓降低時針對氣體壓力調整裝置的動態響應進行顯示的二次壓的變化作繪示的圖形，(a)係針對無副導引調速器的情況下的二次壓的變化進行繪示的圖形，(b)係針對設置副導引調速器的情況下的二次壓的變化進行繪示的圖形。
[圖4]針對本發明相關的氣體壓力調整裝置的其他實施形態作繪示的圖。
[圖5]針對第2實施形態及其他實施形態的副導引迴路的往下游管的連接形態進行繪示的示意圖。
[圖6]針對上游管側的一次壓為0.2MPa且流量設為50m3/h的情況下的本發明相關之氣體壓力調整裝置及先前技術的P2-Q動態響應進行繪示的圖。
[圖7]針對上游管側的一次壓為0.25MPa且流量設為50m3/h的情況下的本發明相關之氣體壓力調整裝置及先前技術的P2-Q動態響應進行繪示的圖。
[圖8]針對上游管側的一次壓為0.3MPa且流量設為50m3/h的情況下的本發明相關之氣體壓力調整裝置及先 前技術的P2-Q動態響應進行繪示的圖。
[圖9]針對將流量增至100m3/h時的動態響應進行繪示的圖。
[圖10]針對先前技術相關的氣體壓力調整裝置的構成作繪示的示意圖。
[圖11]針對專利文獻1相關的氣體壓力裝置的構成作繪示的圖。
以下，參照圖式下說明關於本發明相關之氣體壓力調整裝置10。
圖1，係針對本發明相關之氣體壓力調整裝置10的構成的一例進行繪示的圖，圖2，係示意性針對主閥(調速器主體)11的一例進行繪示的圖。
在圖1的氣體壓力調整裝置10中，係具有與示於圖10的先前技術同樣的功能的部分係使用相同號碼。
此氣體壓力調整裝置10，係具有設置於管路的中途而將以一次壓P1從上游側傳送來的氣體減壓至二次壓P2而流放至下游側的主閥11。
本實施形態中採用為主閥11的軸流型調速器係現在廣為普及。其示意構造係如示於圖2，包含在周面具有多數個狹縫的鼓型的一對的封閉體16、塞住該封閉體16的狹縫的橡膠製的套筒17、將此等收納的圓筒狀的閥體18，在閥體18與套筒17之間的空間施加控制壓Pc，從 而以套筒17使鼓狀的一對的封閉體16的狹縫作開閉。
本發明的氣體壓力調整裝置10，係設有以繞著主閥11的方式連接著上游管12與下游管13的導引迴路。導引迴路，係由主導引迴路20與副導引迴路30所構成。
主導引迴路20及副導引迴路30，係皆在連接點C1連接於上游側管路12，於上游管側設有限制器14。藉此限制器14，產生針對主閥11進行動作控制的控制壓Pc。限制器14的輸出側係分為在下游側管路13的連接點C2與下游側管路13連接的主導引迴路20、在連接點C3連接於下游管路13的副導引迴路30的2個路徑。
於主導引迴路20，係在限制器14與連接點C2之間，設有主導引調速器21，於副導引迴路30，係在限制器14與連接點C3之間設有副導引調速器31。
此外，限制器14的輸出，係經由管路40而連接於主閥11，將控制壓Pc供應至主閥11。二次壓P2降低時，副導引調速器31及主導引調速器21動作而控制壓Pc會下降，主閥11係與控制壓Pc的降低成比例地打開。主閥11打開，使得氣體被從上游管12供應至下游管13。
於主導引調速器21，係被經由主導引線20而供應下游側的二次壓P2。主導引調速器21，係被利用彈簧壓及大氣壓而調整成，二次壓P2成為既定的基準動作控制壓Ps以下時，連接於在內部所設的膜片的閥會打 開。抽氣用膜片22係使朝向大氣壓的開口的大小產生變化的膜片，藉此調整主導引調速器21的響應靈敏度。
使主導引調速器21的響應性變佳時，主閥11會一口氣打開而二次壓P2會急劇上升，故主導引調速器21的開閉會重複而容易發生晃動。晃動的發生係從穩定控制的觀點而言對氣體壓力調整裝置極不佳，故為了響應性稍變差仍抑制晃動，先調整主導引調速器21的抽氣用膜片22。
副導引調速器31亦具有與主導引調速器21幾乎同樣的構造及功能。然而，副導引調速器31方面係可不具備抽氣用膜片的功能。此外，副導引調速器31，係輔助主導引調速器21的立升響應性者，故可為流量比主導引調速器21小者。例如，副導引調速器31係可為主導引調速器21的1/3程度的流量者。
副導引調速器31，係被調整成以比主導引調速器的基準動作控制壓Ps高的動作控制壓Pss而動作，響應性亦佳。此外，副導引調速器31係流量小，故控制壓Pc的降低少亦難發生晃動。
例如，可將主導引調速器的基準動作控制壓Ps設定成2.2kPa，將副主導引調速器的動作控制壓Pss設定成2.5kPa前後。
依如以上而構成的氣體壓力調整裝置10時，下游側的二次壓力P2下降，成為副導引調速器的動作控制壓Pss以下時，首先副導引調速器31打開，氣體從上 游管12經由副導引迴路30而流放至下游管13。此時，限制器14的下游側管路40的控制壓Pc降低。主閥11的控制壓Pc降低時主閥11打開，氣體被從上游管12供應至下游管13。另外，使用流量大的副導引調速器31的情況等，需要抑制晃動的情況下，係亦可如示於圖1，構成為在副導引迴路30的下游管13側設置可調膜片23。是否設置可調膜片23為任意。
副導引調速器31打開後不久，藉抽氣用膜片22抑制了響應性的主導引調速器21的閥會為了抑制晃動而打開。藉此主閥11的控制壓Pc會進一步降低，大量的氣體從主閥11供應至下游側，二次壓P2被調整成既定的設定壓力(基準動作控制壓Ps)。
利用圖3作說明。圖3係示意性針對從主閥11閉塞的狀態至氣體壓力調整裝置動作的情況下的二次壓力的變動進行繪示的圖形。(a)係繪示藉僅有主導引迴路20而無副導引迴路30構成的氣體壓力調整裝置而進行調整的情況，(b)係繪示藉是本發明的構成的具備主導引迴路20及副導引迴路30的雙方的構成的氣體壓力調整裝置而進行調整的情況。
主閥11閉塞而流量為“0”的狀態下，係由於閉鎖，比基準動作控制壓Ps略高。
如從圖3(a)得知，無副導引迴路30的情況下，係為了抑制晃動而縮擠抽氣用膜片22故響應性慢，下游側的使用量多的情況下，係亦可能發生二次壓P2降至“0”的 情況。
相對於此，存在副導引迴路30的情況下，二次壓一降至副導引調速器31的動作控制壓Pss時副導引調速器31即立刻啟動，而主閥11的控制壓Pc下降。藉此，由於主閥11會打開，即使主導引調速器21不立刻響應仍從上游管12供應氣體至下游管13。為此，二次壓P2不會極端下降。另外副導引調速器31開始動作後不久，較晚主導引調速器21亦會啟動，故二次壓P2被立刻調整成既定的設定壓力(基準動作控制壓Ps)，晃動亦不會發生。
如此設置副導引迴路30，使得即使降低主導引調速器21的響應性而抑制晃動，仍可氣體壓力調整裝置整體上使響應性變佳。
此外，於主導引迴路20與副導引迴路30方面，構成為使從主導引調速器21與副導引調速器31往下游管13的連接路徑，分別成為獨立的不同路徑。為此，即使副導引調速器31動作，仍不會對於往主導引迴路20供應的二次壓P2造成影響。
因此，主導引調速器21，係可進行因應下游管13的實際的二次壓P2而進行穩定的控制動作。
圖4係繪示本發明的第2實施形態，圖5係針對第2實施形態及其他實施形態的副導引迴路30的往下游管13的連接形態進行繪示的示意圖。
第2實施形態中，係將副導引迴路30的往下 游側管路13的連接位置C3’，連接於設置在下游管的文氏管的細管部53。主閥11打開而供應氣體時，氣體流入下游管13，此時文氏管51的細管部53變比二次壓P2低，故緊接著主閥11打開之後的副導引調速器31的響應性變更佳。
此外，在其他實施形態方面，亦可將副導引迴路30的往下游管13的連接位置，設於從主閥往下游管路的入口附近的管路急劇變寬的部分附近C3”。如此構成，使得氣體從主閥11的輸出側的細的管流出至寬的下游管13時的負壓會作用於副導引調速器31的動作控制壓Pss，可使副導引調速器31的響應性變佳。
圖6-圖8係針對藉本發明相關之氣體壓力調整裝置與歷來的壓力調整裝置的壓力調整時的二次壓P2與流量Q的動態響應進行比較下的圖形。
圖6-圖8的(a)，係針對本發明的構成的氣體壓力調整裝置的P2-Q動態響應的測定結果進行繪示，亦即針對如示於圖1，將主導引迴路20的下游管側連接於從下游管13的二次壓P2穩定之處C2所分歧的整壓管，將副導引迴路30的下游管側連接於與主導引迴路30的連接位置C2係不同的下游管13的出口附近的位置C3的構成(以下，稱作「實施例1」)的氣體壓力調整裝置的P2-Q動態響應的測定結果進行繪示。圖6-圖8的(b)，係針對將圖1的氣體壓力調整裝置的主導引迴路20的下游管側如同實施例1連接於整壓管，並將副導引迴路30的下 游管側連接於是與主導引迴路20相同的位置C2的整壓管的構成(以下，稱作「比較例1」)的P2-Q動態響應的測定結果進行繪示。圖6-圖8的(c)係針對不設置副導引迴路30而僅以主導引迴路控制二次壓P2的調整的構成的氣體壓力調整裝置的P2-Q的動態響應的測定結果進行繪示(以下，稱作「比較例2」)。
圖6-圖8，係分別繪示使一次壓P1變化為0.2MPa、0.25MPa、及0.3MPa的情況。此外，圖6-圖8的任一情況皆示出流量Q係流放50m3/h的情況。
如從圖6-8得知，在本案發明的氣體壓力調整裝置10(實施例1)及比較例1方面，係比起比較例2時任一情況下二次壓P2皆較快穩定。此係設置副導引迴路的效果。
此外，如從圖6-圖8的圖形(a)得知，在實施例1方面，係二次壓P2的過渡性的振動平息後係無論一次壓P1如何，二次壓P2維持於穩定的狀態。相對於此，尤其在未設置副導引迴路30的構成(比較例2)的P2-Q動態響應測定結果(c)方面，係調整開始時的過渡性的振動平息後二次壓P2仍上下較大地變動(振動)(圖6-圖8的(c)參照)。
得知將副導引迴路的下游端連接於主迴路的下游端側的構成(比較例1)的動態響應(圖6-圖8的(b)參照)，係僅管沒有比較例2的構成(圖6-圖8的(c)參照)如此顯著，惟比起本案發明的實施例1的動 態響應(圖6-圖8的(a)參照)，二次壓P2轉移成穩定狀態後的二次壓P2的上下振動較大，相較於實施例1缺乏穩定性。
初始的過渡振動平息後係近可能穩定的情況為理想，如此之上下振動幅度(振幅)，係大約0.1kPa為容許界限值，比較例1的動態響應係極限邊緣的振動值(尤其圖7、圖8的(b)參照)。
此外，如視看圖7的動態響應即可得知，一次壓P1變高時，在比較例1、2方面，係比起本案發明的實施例的動態響應(a)，緊接著關閉主閥之後的二次壓P2會大幅壓力上升。此二次壓P2的壓力上升雖越小越佳，惟示於圖7的動態響應方面，係得知比起實施例1在比較例1、2存在大2倍程度的壓力上升，二次壓P2穩定所需的時間亦長2倍程度，比起實施例1相當不穩定。
此現象(動態響應)，在流量少的50m3/h程度下，係並不那麼顯著顯現，流量Q變越多，另外一次壓P1變越高越顯著顯現。作為參考，於圖9繪示將流量增至100m3/h時的動態響應。圖9的(a)-(c)，係繪示將流量Q增至100m3/h，將一次壓P1分別增為0.2MPa、0.25MPa、0.3MPa的情況下的動態響應。圖9的(a)-(c)係比較下任一者皆於左側顯現本案發明的實施例1的構成的動態響應，於右側顯現比較例1的動態響應。另外，在圖9，係未繪示關於比較例2，將主閥11關閉時，比較例2亦二次壓P2如同比較例1或比其以上急 劇壓力上升。
如從圖9得知，將流量Q增至100m3/h時，一次壓P1為0.2MPa、0.25MPa、0.3MPa時的任一者皆緊接著主閥11關閉之後的二次壓P2，與本案發明的實施例1比較下存在2倍以上大的壓力上升。2次壓P2穩定所需的時間亦與其成比例而需要約2倍程度的時間。
另外，在將比較例1的副導引迴路30的下游管側連接於主導引迴路20的構成方面，係偶爾主閥11未打開的狀態下，仍有時二次壓會時常變動。此現象顯著顯示於圖7的(b)。此係顯示主閥11幾乎閉塞狀態下稍使1m3/h程度的少量的氣體從上游管12流放至下游管13時，引起二次壓P2晃動而未穩定的現象。如此之晃動現象，係藉本發明的構成，亦即藉使副導引迴路30的下游管路與主導引迴路20的下游管路為獨立的不同路徑，使得完全消失(圖6-圖8的(a)及圖9參照)。
如從以上得知，依本發明時，得知可提供一種氣體壓力調整裝置，使主導引迴路20與副導引迴路30的下游管側的連接為分別不同的位置C2、C3，而使各迴路20、30為分別獨立的不同的路徑，使得響應性佳，晃動少且穩定將二次壓P2維持於一定值。
此外，於下游管設置文氏管51，而使副導引迴路30的下游管側連接於文氏管51的細管部，使得可使主閥11閥開時的響應性進一步提升。
再者，亦可藉將副導引迴路30的下游管側， 連接於下游管的主閥11的輸出附近，而使主閥11閥開時的響應性提升。

Claims (3)

  1. 一種氣體壓力調整裝置，特徵在於：具備：設置於管路的中途而將以一次壓從上游側輸送來的氣體減壓成二次壓而流放至下游側的主閥；經由限制器而連接前述主閥的上游側的管路與下游側的管路的主導引迴路；設於前述主導引迴路內的前述限制器的下游側，前述二次壓成為既定的基準壓以下時，針對通過前述主導引迴路的氣體的量進行控制，而以前述二次壓成為一定的方式針對前述主閥進行動作控制的主導引調速器；一端連接於前述主導引迴路的前述限制器與前述主導引調速器之間，另一端以與前述主導引迴路係不同的路徑而連接於前述下游側的管路的副導引迴路；以及設於前述副導引迴路內，前述二次壓成為比前述基準壓高的第2基準壓時，針對通過前述副導引迴路內的氣體的量進行控制從而動作控制前述主閥的副導引調速器。
  2. 如申請專利範圍第1項之氣體壓力調整裝置，其中，前述副導引迴路，係連接於前述下游側的管路的前述另一端連接於設在前述下游側的管路的文氏管的細管部。
  3. 如申請專利範圍第1項之氣體壓力調整裝置，其中，前述副導引迴路，係連接於前述下游側的前述另一端連接於前述下游側的管路的前述主閥輸出口附近。
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