WO2023181560A1

WO2023181560A1 - パイプライン管理システム及び及びその制御方法

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Publication number: WO2023181560A1
Application number: PCT/JP2022/047612
Authority: WO
Inventors: 亜由美渡部; 達朗矢敷; 祐子可児; 秀宏飯塚; 貴彰水上; 晋士藤田; 直行石田; 崇佐々木; 良平稲垣
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2022-03-23
Filing date: 2022-12-23
Publication date: 2023-09-28
Also published as: JP2023140800A

Abstract

本発明は、ガス分離システム（４）からのガスグリッドへの返送ガスの返送状態を適切に制御し、ガスグリッドとガス分離システムの劣化防止やガスグリッド内のガス濃度の偏在を低減するパイプライン管理システムを得るために、ガスパイプライン（１）に接続され、ガスが充填されている前記ガスパイプラインから前記ガスを抜き出し、前記ガスパイプラインへ前記ガスを返送するガス分離システムと、少なくとも前記ガスパイプラインの流体情報が入力されているパイプライン管理装置（５）とを備え、前記パイプライン管理装置により、前記ガスパイプラインと返送ガス（１０４）の流速比から前記ガスの前記ガスパイプラインへの返送可否を判断し、前記ガスの流速比が予め規定された範囲内であれば返送可とし、予め規定された範囲を下回るか、或いは予め規定された範囲を超過する場合には返送不可とすることを特徴とする。

Description

パイプライン管理システム及び及びその制御方法

　本発明はパイプライン管理システム及び及びその制御方法に係り、例えば、再生可能エネルギーなどを利用した水の電気分解や天然ガスの改質などにより製造された水素を、パイプラインを利用して水素利用者へ供給する際の水素の供給状況の管理及び制御に好適なパイプライン管理システム及び及びその制御方法に関する。

　環境省において、令和元年に「再エネ電解水素の製造及び水素混合ガスの供給利用実証事業」が開始された。

　本事業では、風力発電の電力を用いて水の電気分解により水素を製造し、この水素と都市ガス相当の模擬ガスとを混合してガス配管によって利用場所に供給する。供給された混合ガスは、給湯器やガスコンロなどでそのまま利用される。

　水素ガスを含む都市ガスを、パイプラインを利用して需要者に供給する先行技術文献として、特許文献１を挙げることができる。

　この特許文献１には、既存の都市ガスパイプライン及び導管ネットワークを利用して、水素燃料設備と既存の都市ガス燃焼機器が並存する場合に、両方の機器を支障なく利用することができる技術として、水素ガスと炭化水素系ガスとを含む混合ガスを、導管ネットワークを介して需要家群に供給する都市ガス供給方法であり、第一の需要家群においては、混合ガス中の水素ガスを分離し、分離された水素ガスを使用すると共に、分離後の水素ガスを導管ネットワークに戻入し、かつ、第二の需要家群においては、混合ガス中の水素ガスを分離し、分離後の水素ガスを使用すると共に、分離された水素ガスを導管ネットワークに戻入することが記載されている。

特開２００２－２４３１００号公報

　ところで、混合ガスをガスグリッド（導管ネットワーク）で供給する際には、従来の都市ガスなどの均一成分のガスの供給と異なり、ガス流量や圧力だけでなく、混合ガス中の各成分の濃度を監視し管理する必要があり、加えて、需要家が使用しない分離後のガスをガスグリッドに戻入する際、ガスグリッド内のガスの混合や拡散、流れが変化する。

　従って、ガスグリッドと分離システムの劣化を防ぐためには、ガスの逆流や偏流が生じないようガスの返送状態を制御する必要がある。また、ガスグリッド内の濃度の偏りを防ぐため、返送時の濃度不均一が小さくなるようガスの返送状態を制御することが望まれる。

　しかしながら、上記した特許文献１では、ガスグリッドを介して混合ガスを需要家群に供給する技術は記載されているが、ガスグリッド内へのガスの返送状態を制御する手段については、何も記載されていない。

　ガスグリッドから供給された水素を使用し、不要なガスをガスグリッドへ返送する際は、ガスグリッドと分離機構の劣化やガスグリッド内の濃度の偏りを防ぐため、ガスの返送状態を制御する必要がある。

　本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、ガス分離システムからのガスグリッドへの返送ガスの返送状態を適切に制御し、ガスグリッドとガス分離システムの劣化防止やガスグリッド内のガス濃度の偏在を低減することができるパイプライン管理システム及び及びその制御方法を提供することにある。

　本発明のパイプライン管理システムは、上記目的を達成するために、ガスパイプラインに接続され、ガスが充填されている前記ガスパイプラインから前記ガスを抜き出し、前記ガスパイプラインへ前記ガスを返送するガス分離システムと、少なくとも前記ガスパイプラインの流体情報が入力されているパイプライン管理装置とを備え、前記パイプライン管理装置により、前記ガスパイプラインと返送ガスの流速比から前記ガスの前記ガスパイプラインへの返送可否を判断し、前記ガスの流速比が予め規定された範囲内であれば返送可とし、予め規定された範囲を下回るか、或いは予め規定された範囲を超過する場合には返送不可とすることを特徴とする。

　また、本発明のパイプライン管理システムの制御方法は、上記目的を達成するために、ガスが充填されているガスパイプラインから前記ガスを抜き出し、前記ガスパイプラインへ前記ガスを返送するガス分離システムが前記ガスパイプラインに接続されており、少なくとも前記ガスパイプラインの流体情報が入力されているパイプライン管理装置により、前記ガスパイプラインと返送ガスの流速比から前記ガスの前記ガスパイプラインへの返送可否を判断し、前記ガスの流速比が予め規定された範囲内であれば返送可とし、予め規定された範囲を下回るか、或いは予め規定された範囲を超過する場合には返送不可とすることを特徴とする。

　本発明によれば、ガス分離システムからのガスグリッドへの返送ガスの返送状態を適切に制御し、ガスグリッドとガス分離システムの劣化防止やガスグリッド内のガス濃度の偏在を低減することができる。

本発明のパイプライン管理システムの実施例１の概略構成を示す図である。本発明のパイプライン管理システムの実施例１における処理フローを示す図である。本発明のパイプライン管理システムの実施例１を構成するパイプライン管理装置を示す概略構成図である。図３に示したパイプライン管理装置の判断結果表示部の判断結果を表示する表示部の一例を示す図である。本発明のパイプライン管理システムの実施例２の概略構成を示す図である。本発明のパイプライン管理システムの実施例３の概略構成を示す図である。図６（ａ）に示した返送流速調整機構の概略構成を示す図である。本発明のパイプライン管理システムの実施例４として、実施例３で説明した返送流速調整機構の他の例を示す図である。本発明のパイプライン管理システムの実施例５の概略構成を示す図である。図８（ａ）に示した返送位置切替機構の概略構成を示す図である。。本発明のパイプライン管理システムの実施例６の概略構成を示す図である。本発明のパイプライン管理システムの実施例７の概略構成を示す図である。本発明のパイプライン管理システムの実施例７における処理フローを示す図である。

　以下、図示した実施例に基づいて本発明のパイプライン管理システム及び及びその制御方法を説明する。なお、以下に説明する各実施例において、同一の構成部品には同符号を使用し、説明が重複する場合は、その説明を省略する場合がある。また、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。

　図１に、本発明のパイプライン管理システムの実施例１の概略構成を示し、図２に、本発明のパイプライン管理システムの実施例１における処理フローを示す。なお、本実施例では、図１に示す構成の全部を使用しているが、必ずしも全部を使用する必要はなく、一部を使用しても良い。

　本実施例では、パイプライン管理装置５を用いたパイプライン管理システム１００Ａについて説明する。また、本実施例では、ガスパイプライン１に、水素供給拠点２、需要家のガス利用拠点３が接続されたガスグリッドを対象に、天然ガス１０２と水素ガス１０１の混合ガスを供給する例について説明する。

　図１に示すように、本実施例のパイプライン管理システム１００Ａは、需要家のガス利用拠点３が、ガス分離システム４を介してガスパイプライン１に接続されている。なお、本実施例では、天然ガス１０２と水素ガス１０１との混合ガスを想定したが、混合するガスは、密度の異なるガスであれば水素ガスと天然ガスに限定しない。また、混合するガスは、２種類に限定されるものではなく、２種類以上としても良い。

　上述した水素供給拠点２は、ガスパイプライン１に水素ガス１０１を供給する機能を持つ施設及び設備を備えている。この水素供給拠点２の水素ガス１０１は、水素供給拠点２で製造されたものでも、他の場所で製造されたものでも良い。

　天然ガス１０２が充填されているガスパイプライン１に、水素供給拠点２から水素ガス１０１を注入し、混合ガス１０３としてガス分離システム４を介して需要家のガス利用拠点３に供給される。

　需要家のガス利用拠点３では、ガスパイプライン１から必要量の水素ガス１０１と天然ガス１０２或いは混合ガス１０３を取り出し、返送ガス１０４をガスパイプライン１に戻す。ここで、返送ガス１０４は、ガス利用拠点３で使用しないガスである。例えば、ガス利用拠点３が水素ガス１０１のみを使用する場合には、天然ガス１０２のみを返送ガス１０４としても良いし、天然ガス１０２と使用する分量以外の水素ガス１０１を混合して、混合ガス１０３と異なるガス組成のガスを返送ガス１０４としてガスパイプライン１に戻しても良い。

　本実施例のパイプライン管理装置５は、図３に示すように、演算部５Ａ、判断部５Ｂ及び判断結果表示部５Ｃにより構成されている。演算部５Ａは、ガスパイプライン１内のガス流速を算出するための流体情報取得部５Ａ１及びパイプライン流速算出部５Ａ２と、返送ガス流速を算出するためのガス利用情報取得部５Ａ３と、ガス分離システム情報取得部５Ａ４及び返送ガス流速算出部５Ａ５と、パイプライン流速と返送ガス流速から流速比を算出する流速比算出部５Ａ６とから概略構成されている。

　判断部５Ｂは、流速比の規定範囲を取得する流速比規定範囲取得部５Ｂ１と、流速比を基に返送可否を判断する返送可否判断部５Ｂ２とを備えている。判断結果表示部５Ｃは、返送可否判断部５Ｂ２の判断結果を表示する表示部である。表示部の一例を図４に示す。

　図４に示すパイプライン管理システムの例は、図１に示すパイプライン管理システム１００Ａと略同様な構成だが、需要家のガス利用拠点（需要点）３として第１の需要家のガス利用拠点３ａと第２の需要家のガス利用拠点３ｂを備えている。

　図４に示すように、表示部としては、ガスグリッド上のガスパイプライン１の位置を表示する第１の表示部３０１と、ガス分離システム４のガスパイプライン１への返送ガス１０４の流速比を表示する第２の表示部３０２と、パイプライン管理装置５で得られたガスのガスパイプライン１への返送可否の判断結果、調整後の返送ガス１０４の流速、調整後の流速比、ガスの使用情報、ガスパイプライン１のガス組成のうち少なくとも１つを表示する第３の表示部３０３がある。

　次に、本実施例のパイプライン管理システム１００Ａにおけるガス処理について、図２の処理フローと共に説明する。

　パイプライン管理装置５では、ガスパイプライン１内の流体情報２０１と、需要家のガス利用拠点３でのガス利用情報２０２と、ガス分離システム４の処理情報２０３とを入力として、ガスパイプライン１のガス流速と返送ガス１０４のガス流速との比を算出する。

　先ず、パイプライン管理装置５では、初めにガスパイプライン１内の流体情報２０１を取得する（図２のＳ１）。ここで、ガスパイプライン１内の流体情報２０１とは、ガスパイプライン１内の任意の点の流速、流量、圧力、組成である。任意の点は、１つでも良いし、複数でも良い。

　ガスパイプライン１内の流体情報２０１は、圧力計や流量計などのセンサにより直接計測しても良いし、ソフトセンサで算出しても良い。ソフトセンサとしては、例えば、ガスグリッド内の任意の２点での圧力の差分から流速や流量を算出すること、或いはガスグリッドに接続されているすべてのガス利用拠点でのガス使用量から流速や流量を算出すること、などが該当する。

　需要家のガス利用拠点３でのガス利用情報２０２とは、需要家のガス利用拠点３のガス使用量である。ガス使用量は、１時間毎など定期的に情報を取得しても良いし、今後の使用予定量を情報として取得しても良い。

　ガス分離システム４の処理情報２０３とは、ガス分離システム４の仕様に基づく処理性能であり、より具体的にはガスの分離に要する処理速度である。

　次に、ガスパイプライン１内の流体情報からガスパイプライン１内のガスの流速を算出する（図２のＳ２）。

　次に、ガス分離システム４の処理情報２０３からガスパイプライン１内のガス組成及び需要家のガス利用拠点３で要求されるガス組成と量（流量）を取得する（図２のＳ３）。
ガスパイプライン１内のガス組成、需要家のガス利用拠点３で要求されるガス組成と量を基に、ガス分離システム４から返送される返送ガス量を算出して返送ガス量が定まる（図２のＳ４）。

　返送ガス量と、ガスパイプライン１へガスを返送する機構の構造（口径）とから返送ガスの流速を算出する（図２のＳ５）。ガスパイプライン１内の流体情報２０１から算出したガス流速と、返送ガス流速との比を算出する（図２のＳ６）。

　また、パイプライン管理装置５では、ガスパイプライン１内のガス流速（Ｖｐｉｐｅ）と返送ガス流速（Ｖｒｅｔｕｒｎ）との比（Ｖｐｉｐｅ／Ｖｒｅｔｕｒｎ）から返送可否を判定し、返送可否判断結果２０４として出力する。

　予め定められた流速比の規定範囲を取得し（図２のＳ７）、流速の比（Ｖｐｉｐｅ／Ｖｒｅｔｕｒｎ）が予め定められた流速比の規定範囲内であれば返送可とし、ガスをガスパイプライン１に返送し、予め定められた規定の範囲を下回るか、或いは超過する場合には返送不可とし（図２のＳ８）、後述する返送流速調整機構８でガス流速を調整してパイプライン１に返送する。

　また、パイプライン管理装置５では、流速の比（Ｖｐｉｐｅ／Ｖｒｅｔｕｒｎ）を使用するが、比の分母と分子を逆転させ、ガスパイプライン１のガス流速に対する返送ガス１０４の流速（Ｖｐｉｐｅ／Ｖｒｅｔｕｒｎ）としても良い。また、流速比に準ずる指標として、運動量比、圧力比を指標としても良い。流速の比又は運動量比、圧力比の規定範囲は、予め流体シミュレーション又は実験により定めておく。

　流速比が上限閾値よりも大きい場合、つまり、ガスパイプライン１の流速に対して返送ガス１０４の流速（Ｖｐｉｐｅ／Ｖｒｅｔｕｒｎ）が小さい場合には、ガスパイプライン１とガス分離システム４をつなぐ接続管内に、ガスパイプライン１内のガスが逆流する可能性がある。これにより、接続管内に渦流が発生し、劣化が早まる懸念がある。

　また、接続管内に返送ガスが滞留してガスパイプライン１内のガス組成と差異が生じ、ガスパイプライン１内にガス濃度の不均一が発生する。そのため、流速比が上限閾値よりも大きい場合には、返送不可と判断する。

　流速比が下限閾値よりも小さい場合、つまり、ガスパイプライン１の流速に対して返送ガス１０４の流速（Ｖｐｉｐｅ／Ｖｒｅｔｕｒｎ）が大きい場合には、ガスパイプライン１中に旋回流が発生する可能性がある。これにより、ガスパイプライン１に力学的な負荷が生じる。そのため、流速比が下限閾値よりも小さい場合には、返送不可と判断する。

　また、パイプライン管理装置５では、返送可否判断結果２０４を出力してガス分離システム４に入力し、ガス分離システム４では、返送可否判断結果２０４が「可」の場合には、ガスパイプライン１にガスを返送し、一方、返送可否判断結果２０４が「不可」の場合には、バルブを閉めたり装置の運転を止めることにより、ガス返送を中止或いは返送ガスの流速を調整して返送するようにしている。

　このような本実施例によれば、ガス分離システム４からのガスグリッドへの返送ガスの返送状態を適切に制御でき、ガスグリッドとガス分離システム４の劣化防止、ガスグリッド内のガス濃度の偏在を低減することができる。

　図５に、本発明のパイプライン管理システムの実施例２を示す。

　図５に示す本実施例のパイプライン管理システム１００Ｂは、実施例１に記載のパイプライン管理システム１００Ａに貯留タンク６を新たに設け、この貯留タンク６を用いて、パイプライン管理システム１００Ｂにおいての返送「不可」と判断した場合に、返送ガス１０４の流速を調整するようにしたものである。

　即ち、本実施例では、図５に示すように、実施例１に記載のガス分離システム４に接続された貯留タンク６を備えており、ガス分離システム４からの返送ガス１０４は、一度貯留タンク６に保持され、その後、貯留タンク６からガスパイプライン１へ返送されることになる。

　本実施例のパイプライン管理システム１００Ｂは、貯留タンク６の圧力情報に基づいてパイプライン管理装置５のパイプライン流速算出部５Ａ２で、ガスパイプライン１へ返送ガス１０４を返送する際の流速を算出し、流速の比（Ｖｐｉｐｅ／Ｖｒｅｔｕｒｎ）が予め規定された範囲内に保たれる場合は、ガスパイプライン１へのガス返送を行う。

　具体的には、流速の比（Ｖｐｉｐｅ／Ｖｒｅｔｕｒｎ）が予め規定された範囲内に保たれる場合にはガスパイプライン１に設置されている弁７を開とし、貯留タンク６からガスパイプライン１へのガス返送を行い、流速の比（Ｖｐｉｐｅ／Ｖｒｅｔｕｒｎ）が規定範囲の上限値を超過する場合には弁７を閉とし、貯留タンク６からガスパイプライン１へのガス返送は行わない。

　また、流速の比（Ｖｐｉｐｅ／Ｖｒｅｔｕｒｎ）が規定範囲の下限値を下回る場合には弁７を開とし、貯留タンク６からガスパイプライン１へのガス返送を行うが、その際、弁７の開度を調整して貯留タンク６からガスパイプライン１への返送ガス１０４の流速を調整している。

　また、図５では、ガス分離システム４は、返送ガス１０４を、貯留タンク６を介してガスパイプライン１へ返送しているが、流速の比（Ｖｐｉｐｅ／Ｖｒｅｔｕｒｎ）が規定範囲内の時は、貯留タンク６を介さず直接ガス分離システム４からガスパイプライン１へ返送ガス１０４を返送しても良い。

　また、流速の比（Ｖｐｉｐｅ／Ｖｒｅｔｕｒｎ）が規定範囲の上限値を超過する場合には、ガス分離システム４からの返送ガス１０４と貯留タンク６内の返送ガスを混合してガスパイプライン１へ返送しても良い。

　その場合、本実施例のパイプライン管理システム１００Ｂでは、流速の比が規定範囲となるよう、ガス分離システム４からの返送ガス１０４の流量を基に、貯留タンク６の弁７の開度を算出し設定する。

　具体的には、流速の比の目標値（規定範囲の上限値）となる返送ガス１０４の目標流速を算出し、返送ガス１０４の目標流速を得るために必要なガス流量を接続管の口径から算出する。必要なガス流量からの、ガス分離システム４からの返送ガスの流量を差し引いた値を、補填ガス流量として算出する。補填ガス流量を満たすように、弁７の開度を調整して貯留タンク６から相当分の流量でガスを返送する。

　なお、貯留タンク６からガスパイプライン１の間に逆止弁を設置し、ガスパイプライン１から貯留タンク６への逆流を防止しても良い。

　このような本実施例によれば、ガス分離システム４からのガスグリッドへの返送ガス１０４の返送状態を適切に制御でき、ガスグリッドとガス分離システム４の劣化防止、ガスグリッド内のガス濃度の偏在を低減することができる。

　図６（ａ）及び図６（ｂ）に、本発明のパイプライン管理システムの実施例３を示す。

　図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す本実施例のパイプライン管理システム１００Ｃは、実施例１に記載のパイプライン管理システム１００Ａに返送流速調整機構８を設置し、この返送流速調整機構８を用いて、パイプライン管理システム１００Ｃにおいて返送「不可」と判断した場合に、返送ガスの流速を調整するようにしたものである。

　本実施例では、図６（ａ）に示すように、実施例１に記載のガス分離システム４に接続した返送流速調整機構８を備えている。

　この返送流速調整機構８は、図６（ｂ）に示すように、ガス分離システム４に接続された返送ガス１０４が流れている主接続管９と、主接続管９に接続された複数の分岐管１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄから成る。複数の分岐管１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄは、それぞれ個別に開閉を設定できるように開閉弁１１ａ、１１ｂ、１１ｃ及び１１ｄを備えている。

　本実施例のパイプライン管理システム１００Ｃは、ガス分離システム４の返送ガス１０４の流量からガスパイプライン１へ返送する際の流速を算出し、流速の比（Ｖｐｉｐｅ／Ｖｒｅｔｕｒｎ）が規定範囲となるように使用する分岐管１０の本数を決定する。

　例えば、ガス流速の比の規定範囲ｒ１～ｒ２に対して、管径Ｄの分岐管１０をＮ本備える調整機構に対し、以下の（１）式を満たすよう使用する分岐管１０の本数Ｍ（Ｍ≦Ｎ）を設定する。ここで、Ｑｒｅｔｕｒｎは、ガス分離システム４から返送される返送ガス１０４の流量である。

　なお、分岐管１０の管径Ｄは、同一としても良いし、異なる管径としても良い。異なる管径の場合は、使用する分岐管１０の本数と、管径Ｄから算出される分岐管１０の断面積から使用する分岐管１０と本数を決定する。

　図７に、本発明のパイプライン管理システムの実施例４を示す。

　図７に示す本実施例のパイプライン管理システム１００Ｄは、実施例３に記載の返送流速調整機構８として、ガスパイプライン１内のガスを抜き出す抜出管１２にガス分離システム４の返送ガス１０４と混和するためのバイパス管１３が接続されているものである。

　本実施例のパイプライン管理システム１００Ｄでは、図７に示すように、ガスパイプライン１内のガスを抜き出す抜出管１２に、ガス分離システム４の返送ガス１０４と混和するためのバイパス管１３が接続されている返送流速調整機構８を備えている。

　そして、ガス流速の比（Ｖｐｉｐｅ／Ｖｒｅｔｕｒｎ）が規定範囲の上側値を超過する場合には、抜出管１２に接続されたバイパス管１３を介して抜出ガスの一部を返送管１６に合流させる。

　本実施例のパイプライン管理システム１００Ｄでは、弁１５を開としポンプ１４により抜出ガスを返送管１６に送る。ガス分離システム４からの返送ガス流量（Ｑｒｅｔｕｒｎ）とバイパス管１３から送る抜出ガス流量（Ｑｂｙｐａｓｓ）の合計が以下の（２）式を満たすよう、バイパス管１３から送る抜出ガスの流量を調整する。

　ここで、Ｄは返送管１６の管径である。流速の比が規定範囲の上側を超過していない場合は、弁１５を閉とし返送ガス１０４のみをガスパイプライン１に返送する。

　図８（ａ）及び図８（ｂ）に、本発明のパイプライン管理システムの実施例５を示す。

　図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す本実施例のパイプライン管理システム１００Ｅは、実施例３の返送流速調整機構８の代わりに、返送位置切替機構１９を備えているものである。

　本実施例でのガスパイプライン１内のガス流速は、ガスパイプライン１に接続された各需要点でのガス抜出をドライビングフォースとして決定される。そのため、各需要点でのガス抜出の位置関係によっては、想定していたガスパイプライン１の流れと逆の向きに流れが生じることがある。

　本実施例では、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、返送位置切替機構１９を備えている。なお、本実施例では、大元のガス供給点は、ガスパイプライン１の左側に繋がっており、通常のガスパイプライン１の流れが左から右に進む場合について説明する。

　本実施例のガスパイプライン１には、図８（ａ）に示すように、２本の分岐抜出管１７ａ及び１７ｂと、この分岐抜出管１７ａ及び１７ｂが合流する抜出管１２（抜出管１２の矢印は、抜出したガスが混合ガス１０３に流れることを示す）、返送管１６（返送管１６の矢印は、返送ガス１０４が流れてくることを示す）が接続されており、これらを介してガス分離システム４へのガス移動が行われる。位置関係は、図８（ａ）の左（上流）側から分岐抜出管１７ａ、返送管１６、分岐抜出管１７ｂとなる。

　本実施例の返送位置切替機構１９では、パイプライン管理装置５の流速比算出部５Ａ６で算出した流速比を基に、ポンプ１４ａ及び１４ｂを切り替えることで、２本の分岐抜出管１７ａ及び１７ｂのうちのいずれかを用いてガス抜出を行うか決定する。

　通常のガスパイプライン１の流れ方向（左から右）に沿ってガスが流れている場合、ガスパイプライン１の流速は正の値をとる。一方、ガスの流れが逆転している場合（右から左）は、ガスパイプライン１の流速は負の値となる。そのため、流速比は、流れが順方向（左から右）の場合は正、逆方向（右から左）の場合は負の値となる。

　本実施例のパイプライン管理システム１００Ｅでは、流速比が正の場合は、図８（ａ）に示すように、ガスパイプライン１の上流側からガスを抜き出し、ガスパイプライン１の下流側にガスを返送するため、分岐抜出管１７ａを用いてガスパイプライン１からガスを抜き出すようポンプ１４ａに指令を送る。

　一方、流速比が負の場合は、分岐抜出管１７ｂが返送管１６の上流に位置するため、ポンプ１４ｂに指令を送り、分岐抜出管１７ｂを用いてガスパイプライン１からガスを抜き出す。上述のように、常にガスパイプライン１の上流側でガスを抜き出し、下流側でガスを返送するよう切替制御を行う。

　位置関係が逆、即ち、上流側にガスを返送し、下流側でガスを抜き出すと返送ガス１０４が抜出ガスに混入する懸念がある。

　しかし、本実施例の返送位置切替機構１９では、常に上流側からガスを抜き出すことで、返送ガス１０４が抜出ガスに混入し、抜出ガスの濃度が不安定となることを防ぐことができる。

　また、本実施例の返送位置切替機構１９は、図８（ｂ）に示すように、抜出管１２と、２本の分岐返送管１７ａ及び１７ｂと、この分岐返送管１７ａ及び１７ｂに返送ガス１０４を供給する返送管１６との構成にしても良い。この場合には、流速比の正負から分岐返送管１７ａ及び１７ｂのうち、抜出管１２の下流に位置する分岐返送管１７ｂを判別し、使用する分岐返送管１７ａを決定する。

　また、本実施例の返送位置切替機構１９は、２本の分岐返送管１７ａ及び１７ｂを用意し、それぞれ切替弁１８ａ及び１８ｂを介して抜出管１２と返送管１６の両方に繋ぐ構成としても良い。

　これにより、流速比の正負からガスパイプライン１の上流側に位置する分岐抜出管１７ａから抜出管１２へ抜出ガスを送り、下流側に位置する分岐抜出管１７ｂへ返送管１６から返送ガス１０４を送るように、パイプライン管理装置５で切替弁１８ａ及び１８ｂを制御できる。

　このような本実施例によれば、実施例３と同様な効果が得られることは勿論、ガスグリッド内の流れ方向が逆転した場合にも、ガスパイプライン１の上流からガスを抜き出し、下流から返送ガス１０４を送り込むことができ、返送ガス１０４が抜出ガスに混和することを防止できる。

　図９に、本発明のパイプライン管理システムの実施例６を示す。

　図９に示す本実施例のパイプライン管理システム１００Ｆは、実施例３の返送流速調整機構８として、複数のガス分離システム４ａ及び４ｂのそれぞれからの返送ガス１０４ａ及び１０４ｂを合流させて返送する集合管２０を備えているものである。

　本実施例のパイプライン管理システム１００Ｆでは、図９に示すように、複数のガス分離システム４ａ及び４ｂの返送ガス１０４ａ及び１０４ｂを集合管２０で合流させてガスパイプライン１に返送している。

　なお、図９では、２台のガス分離システム４ａ及び４ｂの返送ガス１０４ａ及び１０４ｂを合流させているが、台数は２台に限らない。

　このような本実施例によれば、実施例３と同様な効果が得られることは勿論、ガス分離システム４ａ及び４ｂでの処理量が少なく、返送ガス１０４ａ及び１０４ｂの流量が不十分な場合にも、適切に返送ガスをガスパイプライン１に返送することができる。

　図１０及び図１１に、本発明のパイプライン管理システムの実施例７を示す。

　図１０に示す本実施例のパイプライン管理システム１００Ｇは、実施例１に記載のパイプライン管理システム１００Ａに入力するガスパイプライン１内の流体情報２０１を、シミュレーションにより入手ものである。

　図１０に、本実施例のパイプライン管理システム１００Ｇにおけるガスパイプライン１ａ及び１ｂ内の流体情報２０１を、シミュレーションにより入手する場合のシステム構成図を示し、図１１に、評価時間ｔ１～ｔｎの間のガスグリッド内の流体情報２０１を算出する場合の処理フローを示す。

　本実施例では、ガスグリッドに接続されたガスパイプライン１ａ及び１ｂの流体情報２０１ａ及び２０１ｂは、予め取得した管路・ガス注入機構形状情報と需要点でのガス抜出量、返送量、供給点でのガス注入量を入力として算出する。ここで、需要点でのガス抜出量、返送量、供給点でのガス注入量は、オンラインで現時刻の情報を取得しても良いし、予め数時刻先の予定が判明している場合には予定に基づき算出しても良い。

　本実施例のパイプライン管理システム１００Ｇにおけるガス処理について、図１１の処理フローを用いて説明する。

　先ず、ガスグリッド内に接続されている水素供給拠点２及び需要家のガス利用拠点（需要点）３の数を取得し（Ｓ１１）、予め取得した管路・ガス注入機構形状情報を入力として、現在のガスグリッド内の対象のガスパイプライン１の流体情報（ガス流量）を計算する（Ｓ１２）。

　次に、評価時間（時刻ｔ１～ｔｎ、Δｔ間隔）を設定する（Ｓ１３）。本実施例では、評価時間は現在時刻ｔ１からｔｎ時刻先までとし、評価間隔はΔｔと設定した場合について説明する。

　次に、水素供給拠点２及び需要家のガス利用拠点（需要点）３の運転予定を取得する（Ｓ１４）。ここで、運転予定とは、設定した評価時間ｔ１～ｔｎの間の水素供給拠点２における水素ガスの注入予定、需要点における混合ガスの抜出予定である。

　水素ガスの注入予定とは、時刻に対する水素ガスの注入量、注入圧力、注入流量などの情報である。混合ガスの抜出予定とは、時刻に対する混合ガスの抜出量、抜出流量、需要点での混合ガスの成分に対する使用量などである。需要家のガス利用拠点（需要点）３での混合ガスの成分に対する使用量とは、混合ガス中に含まれる成分（水素ガス、天然ガス）毎の使用量である。需要家のガス利用拠点（需要点）３において、混合ガスをそのまま使用する場合には、ガス利用拠点での混合ガスの成分に対する使用量の合計は、混合ガスの使用量と一致する。

　一方、需要家のガス利用拠点（需要点）３で特定の成分のみ使用する場合には、使用しない成分をガスパイプライン１に返送ガス１０４として返送するため、混合ガスの成分に対する使用量の合計は、混合ガスの使用量から返送ガス量を差し引いた値と一致する。混合ガスの抜出予定と、予め取得した管路・ガス注入機構形状情報を入力として、評価時間ｔ１～ｔｎ間の返送ガスの予定を算出する（Ｓ１５及びＳ１６）。

　次に、現時刻のガスグリッド内の流体情報と、評価時間ｔ１～ｔｎの間の水素ガスの注入予定、混合ガスの抜出予定、返送ガスの返送予定と、予め取得した管路情報を入力として、評価時間ｔ１～ｔｎの間のガスグリッド内の対象ガスパイプライン１ａ又は１ｂの流速を計算する（Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１９）。算出した対象ガスパイプライン１ａ又は１ｂの流速を、パイプライン管理装置５で用いるガスパイプライン１の流体情報として使用する。

　このような本実施例によれば、ガスパイプライン１内の流体情報２０１の計測が困難な場合であっても、ガスパイプライン１内の流体情報２０１を取得でき、ガスグリッドへの返送ガス１０４の返送状態を適切に制御でき、ガスグリッドとガス分離システム４の劣化防止、ガスグリッド内のガス濃度の偏在を低減することができる。

　本実施例は、特に、ガスパイプライン１が広域にわたるガスグリッドに接続されている場合に有効である。

　なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換える事が可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加える事も可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をする事が可能である。

　１、１ａ、１ｂ…ガスパイプライン、２…水素供給拠点、３…需要家のガス利用拠点（需要点）、３ａ…第１の需要家のガス利用拠点、３ｂ…第２の需要家のガス利用拠点、４、４ａ、４ｂ…ガス分離システム、５…パイプライン管理装置、５Ａ…演算部、５Ａ１…流体情報取得部、５Ａ２…パイプライン流速算出部、５Ａ３…ガス利用情報取得部、５Ａ４…ガス分離システム情報取得部、５Ａ５…返送ガス流速算出部、５Ａ６…流速比算出部、５Ｂ…判断部、５Ｂ１…流速比規定範囲取得部、５Ｂ２…返送可否判断部、５Ｃ…判断結果表示部、６…貯留タンク、７、１５…弁、８…返送流速調整機構、９…主接続管、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…分岐管、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ…開閉弁、１２…抜出管、１３…バイパス管、１４、１４ａ、１４ｂ…ポンプ、１６…返送管、１７ａ、１７ｂ…分岐抜出管、１８ａ、１８ｂ…切替弁、１９…返送位置切替機構、２０…集合管、１００Ａ、１００Ｂ，１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ…パイプライン管理システム、１０１…水素ガス、１０２…天然ガス、１０３…混合ガス、１０４、１０４ａ、１０４ｂ……返送ガス、２０１、２０１ａ、２０１ｂ…ガスパイプライン内の流体情報、２０２…需要家のガス利用拠点でのガス利用情報、２０３…ガス分離システムの処理情報、２０４…返送可否判断結果、３０１…第１の表示部、３０２…第２の表示部、３０３…第３の表示部。

Claims

　ガスが充填されているガスパイプラインから前記ガスを抜き出し、前記ガスパイプラインへ前記ガスを返送するガス分離システムが前記ガスパイプラインに接続されており、少なくとも前記ガスパイプラインの流体情報が入力されているパイプライン管理装置により、前記ガスパイプラインと返送ガスの流速比から前記ガスの前記ガスパイプラインへの返送可否を判断し、前記ガスの流速比が予め規定された範囲内であれば返送可とし、予め規定された範囲を下回るか、或いは予め規定された範囲を超過する場合には返送不可とすることを特徴とするパイプライン管理システムの制御方法。
　請求項１に記載のパイプライン管理システムの制御方法であって、
　前記パイプライン管理装置では、前記ガスパイプラインと返送ガスの流速比から前記ガスの前記ガスパイプラインへの返送可否を判断し、前記ガスの流速比が予め規定された範囲内となるように前記返送ガスの流速を制御することを特徴とするパイプライン管理システムの制御方法。
　請求項２に記載のパイプライン管理システムの制御方法であって、
　前記パイプライン管理装置では、前記ガスパイプライン内の流体情報と、需要家のガス利用拠点でのガス利用情報と、前記ガス分離システムの処理情報とを入力として、前記ガスパイプラインのガス流速と前記返送ガスのガス流速との比を算出することを特徴とするパイプライン管理システムの制御方法。
　請求項３に記載のパイプライン管理システムの制御方法であって、
　前記ガスパイプライン内の前記流体情報とは、前記ガスパイプライン内の任意の点の流速、流量、圧力、組成であり、
　前記需要家の前記ガス利用拠点での前記ガス利用情報とは、前記ガス利用拠点のガス使用量であり、
　前記ガス分離システムの前記処理情報とは、前記ガス分離システムの仕様に基づく処理性能であることを特徴とするパイプライン管理システムの制御方法。
　請求項３又は４に記載のパイプライン管理システムの制御方法であって、
　前記ガスパイプライン内の流体情報を、センサ、ソフトセンサ、ガスグリッドを対象としたシミュレーションのいずれか、又はそれらを組み合わせて取得することを特徴とするパイプライン管理システムの制御方法。
　請求項３に記載のパイプライン管理システムの制御方法であって、
　前記パイプライン管理装置では、
　前記ガスパイプライン内の前記流体情報を取得する工程（Ｓ１）と、
　前記ガスパイプライン内の流体情報から前記ガスパイプライン内のガスの流速を算出する工程（Ｓ２）と、
　前記ガス分離システムの処理情報から前記ガスパイプライン内のガス組成及び前記需要家のガス利用拠点で要求されるガス組成と量（流量）を取得する工程（Ｓ３）と、
　前記ガスパイプライン内のガス組成、前記需要家のガス利用拠点で要求されるガス組成と量を基に、前記ガス分離システムから返送される返送ガス量を算出して返送ガス量を決める工程（Ｓ４）と、
　前記返送ガス量と、前記ガスパイプラインへガスを返送する機構の構造とから前記返送ガスの流速を算出する工程（Ｓ５）と、
　前記ガスパイプライン内の前記流体情報から算出したガス流速と返送ガス流速との比を算出する工程（Ｓ６）と、
　予め定められた前記ガスの流速比の規定範囲を取得する工程（Ｓ７）と、
　前記ガスパイプライン内のガス流速（Ｖｐｉｐｅ）と返送ガス流速（Ｖｒｅｔｕｒｎ）との比（Ｖｐｉｐｅ／Ｖｒｅｔｕｒｎ）が予め規定された範囲内であれば返送可とし、予め規定された範囲を下回るか、或いは超過する場合には返送不可とする工程（Ｓ８）とを、実行することを特徴とするパイプライン管理システムの制御方法。
　請求項２に記載のパイプライン管理システムの制御方法であって、
　前記ガスパイプラインと前記ガス分離システムの両方に接続された貯留設備へのガスの貯留と排出を制御することで、前記ガスパイプラインへの前記返送ガスの流速を制御することを特徴とするパイプライン管理システムの制御方法。
　請求項２に記載のパイプライン管理システムの制御方法であって、
　前記ガス分離システムに接続された主接続管と、該主接続管に接続された複数の分岐管とから成る返送流速調整機構の前記分岐管の使用本数を変更することで、前記ガスパイプラインへの前記返送ガスの流速を制御することを特徴とするパイプライン管理システムの制御方法。
　請求項２に記載のパイプライン管理システムの制御方法であって、
　前記ガスパイプライン内のガスを抜き出す抜出管に、前記ガス分離システムの前記返送ガスと混和するためのバイパス管が接続されている返送流速調整機構により、前記バイパス管のガス流量を調整し、前記ガスパイプラインへの前記返送ガスの流速を制御することを特徴とするパイプライン管理システムの制御方法。
　請求項１に記載のパイプライン管理システムの制御方法であって、
　前記ガスパイプラインに接続された２本の分岐抜出管と、２本の前記分岐抜出管が合流する抜出管と、前記返送ガスが流れてくる返送管とから成り、前記抜出管と前記返送管の位置関係を変更可能な返送位置切替機構により、前記ガスの流れ方向に対して上流側に前記抜出管、下流側に前記返送管が位置するよう切替制御することを特徴とするパイプライン管理システムの制御方法。
　ガスパイプラインに接続され、ガスが充填されている前記ガスパイプラインから前記ガスを抜き出し、前記ガスパイプラインへ前記ガスを返送するガス分離システムと、少なくとも前記ガスパイプラインの流体情報が入力されているパイプライン管理装置とを備え、　前記パイプライン管理装置により、前記ガスパイプラインと返送ガスの流速比から前記ガスの前記ガスパイプラインへの返送可否を判断し、前記ガスの流速比が予め規定された範囲内であれば返送可とし、予め規定された範囲を下回るか、或いは予め規定された範囲を超過する場合には返送不可とすることを特徴とするパイプライン管理システム。
　請求項１１に記載のパイプライン管理システムであって、
　前記パイプライン管理装置は、前記ガスパイプラインと返送ガスの流速比から前記ガスの前記ガスパイプラインへの返送可否を判断し、前記ガスの流速比が予め規定された範囲内となるように前記返送ガスの流速を制御することを特徴とするパイプライン管理システム。
　請求項１２に記載のパイプライン管理システムであって、
　前記パイプライン管理装置は、演算部と判断部及び判断結果表示部を備え、
　前記演算部は、前記ガスパイプライン内のガス流速を算出するための流体情報取得部及びパイプライン流速算出部と、前記返送ガスの流速を算出するためのガス利用情報取得部と、ガス分離システム情報取得部及び返送ガス流速算出部と、前記ガスパイプライン内のガス流速と前記返送ガスの流速から流速比を算出する流速比算出部とから成り、
　前記判断部は、流速比の規定範囲を取得する流速比規定範囲取得部と、流速比を基に返送可否を判断する返送可否判断部とから成り、
　前記判断結果表示部は、前記返送可否判断部の判断結果を表示する表示部であることを特徴とするパイプライン管理システム。
　請求項１３に記載のパイプライン管理システムであって、
　前記返送可否判断部の表示部は、
　ガスグリッド上の前記ガスパイプラインの位置を表示する第１の表示部と、
　前記ガス分離システムの前記ガスパイプラインへの前記返送ガスの流速比を表示する第２の表示部と、
　前記パイプライン管理装置で得られたガスの前記ガスパイプラインへの返送可否の判断結果、調整後の前記返送ガスの流速、調整後の流速比、ガスの使用情報、前記ガスパイプラインのガス組成のうち少なくとも１つを表示する第３の表示部であることを特徴とするパイプライン管理システム。
　請求項１２に記載のパイプライン管理システムであって、
　前記ガスパイプラインと前記ガス分離システムの両方に接続された貯留設備を備え、
　前記貯留設備へのガス貯留と排出を制御することで、前記ガスパイプラインへの前記返送ガスの流速を制御することを特徴とするパイプライン管理システム。
　請求項１２に記載のパイプライン管理システムであって、
　前記ガス分離システムに接続された主接続管と、該主接続管に接続された複数の分岐管とからなる返送流速調整機構を備え、
　前記返送流速調整機構の前記分岐管の使用本数を変更することで、前記ガスパイプラインへの前記返送ガスの流速を制御することを特徴とするパイプライン管理システム。
　請求項１２に記載のパイプライン管理システムであって、
　前記ガスパイプライン内のガスを抜き出す抜出管に、前記ガス分離システムの前記返送ガスと混和するためのバイパス管が接続されている返送流速調整機構を備え、
　前記バイパス管のガス流量を調整し、前記ガスパイプラインへの前記返送ガスの流速を制御することを特徴とするパイプライン管理システム。
　請求項１２に記載のパイプライン管理システムであって、
　前記ガスパイプラインに接続された２本の分岐抜出管と、２本の前記分岐抜出管が合流する抜出管と、前記返送ガスが流れてくる返送管とから成り、前記抜出管と前記返送管の位置関係を変更可能な返送位置切替機構を備え、
　前記返送位置切替機構により、前記ガスの流れ方向に対して上流側に前記抜出管、下流側に前記返送管が位置するよう切替制御することを特徴とするパイプライン管理システム。
　請求項１２に記載のパイプライン管理システムであって、
　前記ガスパイプラインに接続された２本の分岐抜出管と、２本の前記分岐抜出管が合流する抜出管と、前記返送ガスが流れてくる返送管とから成り、前記抜出管と前記返送管の位置関係を変更可能な返送位置切替機構を備え、
　前記返送位置切替機構により、前記ガスの流れ方向に対して上流側に前記抜出管、下流側に前記返送管が位置するよう切替制御することを特徴とするパイプライン管理システム。
　請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載のパイプライン管理システムであって、
　前記ガス分離システムに接続された主接続管と、該主接続管に接続された複数の分岐管とからなる返送流速調整機構を備え、
　前記返送流速調整機構は、複数のガス分離システムのそれぞれからの返送ガスを合流させて返送する集合管を備えていることを特徴とするパイプライン管理システム。