(57)【要約】【課題】ガスの供給状態に応じて減圧手段における各部の加温状態を制御することにより、エネルギー消費量を低く抑えながら結露の発生を防止できるガス供給方法及び装置を提供する。【解決手段】減圧弁下流配管３１の温度が結露防止温度より低いときには減圧弁用電気ヒータ２２で減圧弁２１を加温し、減圧弁を加温した状態で減圧弁下流配管の温度が結露防止温度より低いときには、減圧弁を加温しながら下流側電気ヒータ３３で減圧弁下流配管を加温し、減圧弁及び減圧弁下流配管を加温した状態で減圧弁下流配管の温度が結露防止温度より低いときには、減圧弁及び減圧弁下流配管を加温しながら上流側電気ヒータ１３で減圧弁上流配管１２を加温する。【選択図】図１
2019132405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス供給源から減圧弁上流配管を介して供給されるガスを減圧弁で減圧し、減圧後のガスを減圧弁下流配管を介してガス使用先に供給するガス供給方法において、前記減圧弁下流配管の温度があらかじめ設定された結露防止温度より低いときには前記減圧弁を加温し、減圧弁を加温した状態で前記減圧弁下流配管の温度が前記結露防止温度より低いときには、前記減圧弁を加温しながら前記減圧弁下流配管を加温し、前記減圧弁及び前記減圧弁下流配管を加温した状態で前記減圧弁下流配管の温度が前記結露防止温度より低いときには、前記減圧弁及び前記減圧弁下流配管を加温しながら前記減圧弁上流配管を加温することを特徴とするガス供給方法。
【請求項２】
前記減圧弁、前記減圧弁下流配管及び前記減圧弁上流配管を加温する最高温度が４０℃以下に設定されていることを特徴とする請求項１記載のガス供給方法。
【請求項３】
ガス供給源から減圧弁上流配管を介して供給されるガスを減圧弁で減圧し、減圧後のガスを減圧弁下流配管を介してガス使用先に供給するガス供給装置において、前記減圧弁上流配管に設けた上流側電気ヒータと、前記減圧弁に設けた減圧弁用電気ヒータと、前記減圧弁下流配管に設けた下流側電気ヒータと、前記減圧弁下流配管に設けた下流側温度測定器とを備えるとともに、該下流側温度測定器で測定した減圧弁下流配管の温度があらかじめ設定された結露防止温度より低いときには、最初に減圧弁用電気ヒータのみを作動させ、減圧弁用電気ヒータが作動状態で減圧弁下流配管の温度が前記結露防止温度より低いときには、減圧弁用電気ヒータに加えて下流側電気ヒータを作動させ、減圧弁用電気ヒータ及び下流側電気ヒータが共に作動状態で減圧弁下流配管の温度が前記結露防止温度より低いときには、減圧弁用電気ヒータ及び下流側電気ヒータと共に上流側電気ヒータを作動させる制御器を備えていることを特徴とするガス供給装置。
【請求項４】
前記減圧弁用電気ヒータ、前記下流側電気ヒータ及び前記上流側電気ヒータにおける作動時の最高加温温度が４０℃以下に設定されていることを特徴とする請求項３記載のガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス供給方法及び装置に関し、詳しくは、ガス供給源から供給されるガスを減圧してガス使用先に供給するガス供給方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば高圧ガス容器などのガス供給源から供給される高圧ガスは、一般に、圧力調整設備、減圧弁、コントロール弁などの減圧手段によってガス使用先で指定された圧力に減圧して供給するようにしている。このとき、減圧手段で減圧されたガスは、断熱膨張及びジュールトムソン効果によってガス温度が低下するため、減圧手段の外面に結露や着霜が発生してガス圧力の調整が困難になったりすることがある。このため、減圧手段の上下に位置する配管を加熱したり、減圧手段を加熱したりすることで、減圧後のガス温度の低下を抑制することが行われている（例えば、特許文献１〜３参照。）。さらに、複数のガス供給ラインを並列に配置し、一つのガス供給ラインがあらかじめ設定された温度以下になったときに、他のガス供給ラインに切り替えたり（特許文献４参照。）、温水を熱源とした加温装置を減圧手段の前後に設置したりすることにより、結露や着霜の発生を防止することが行われている（特許文献５参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８３８１２号公報
【特許文献２】特許第３５９２４４６号公報
【特許文献３】特公平６−３３８５８号公報
【特許文献４】特許第４９５０５１８号公報
【特許文献５】特許第５４６２６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の方式では、設備が大掛かりになったり、供給するガスの種類、流量や減圧の程度に応じたきめ細かな制御が困難であったり、エネルギー消費量が過大になったりするといった様々な問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、ガスの供給状態に応じて減圧手段における各部の加温状態を制御することにより、エネルギー消費量を低く抑えながら結露の発生を防止できるガス供給方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明のガス供給方法は、ガス供給源から減圧弁上流配管を介して供給されるガスを減圧弁で減圧し、減圧後のガスを減圧弁下流配管を介してガス使用先に供給するガス供給方法において、前記減圧弁下流配管の温度があらかじめ設定された結露防止温度より低いときには前記減圧弁を加温し、減圧弁を加温した状態で前記減圧弁下流配管の温度が前記結露防止温度より低いときには、前記減圧弁を加温しながら前記減圧弁下流配管を加温し、前記減圧弁及び前記減圧弁下流配管を加温した状態で前記減圧弁下流配管の温度が前記結露防止温度より低いときには、前記減圧弁及び前記減圧弁下流配管を加温しながら前記減圧弁上流配管を加温することを特徴としている。
【０００７】
また、本発明のガス供給装置は、ガス供給源から減圧弁上流配管を介して供給されるガスを減圧弁で減圧し、減圧後のガスを減圧弁下流配管を介してガス使用先に供給するガス供給装置において、前記減圧弁上流配管に設けた上流側電気ヒータと、前記減圧弁に設けた減圧弁用電気ヒータと、前記減圧弁下流配管に設けた下流側電気ヒータと、前記減圧弁下流配管に設けた下流側温度測定器とを備えるとともに、該下流側温度測定器で測定した減圧弁下流配管の温度があらかじめ設定された結露防止温度より低いときには、最初に減圧弁用電気ヒータのみを作動させ、減圧弁用電気ヒータが作動状態で減圧弁下流配管の温度が前記結露防止温度より低いときには、減圧弁用電気ヒータに加えて下流側電気ヒータを作動させ、減圧弁用電気ヒータ及び下流側電気ヒータが共に作動状態で減圧弁下流配管の温度が前記結露防止温度より低いときには、減圧弁用電気ヒータ及び下流側電気ヒータと共に上流側電気ヒータを作動させる制御器を備えていることを特徴としている。
【０００８】
さらに、本発明のガス供給方法及びガス供給装置では、各部を加温する際の最高温度が４０℃以下に設定されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、減圧弁下流配管の温度が結露防止温度より低いときに、減圧弁、減圧弁下流配管、減圧弁上流配管の順に加温状態を制御するので、各部を無駄に加熱することがなくなり、エネルギー消費量を低く抑えながら結露の発生を防止できる。また、ガスの流量などにも幅広く対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のガス供給方法を実施可能なガス供給装置の一形態例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明のガス供給方法を実施可能なガス供給装置の一形態例を示す説明図である。本形態例に示すガス供給装置は、高圧状態でガスを充填したガス供給源となるガス容器１１と、該ガス容器１１から減圧弁上流配管１２を介して供給されるガスの圧力を低下させるための減圧弁２１と、該減圧弁２１で減圧したガスを使用先に供給する減圧弁下流配管３１と、該減圧弁下流配管３１の下流側に設けられて、ガス使用先に供給するガスの流量を設定する流量調整装置３２とを備えている。
【００１２】
また、減圧弁上流配管１２、減圧弁２１及び減圧弁下流配管３１には、これらを個々に加温するための加温手段としての上流側電気ヒータ１３，減圧弁用電気ヒータ２２，下流側電気ヒータ３３がそれぞれ設けられるとともに、各上流側電気ヒータ１３，２２，３３の出力を調節するための制御器２３が設けられている。さらに、減圧弁２１には、該減圧弁２１の温度を測定するための減圧弁温度測定器２４が設けられ、減圧弁下流配管３１の下流側で、流量調整装置３２の入口部には、減圧弁下流配管３１の下流側温度を測定する温度制御用としての下流側温度測定器３４が設けられている。
【００１３】
前記各ヒータ１３，２２，３３は、通電することによって発熱し、各配管１２，３１や減圧弁２１を加温できれば、各種ヒーターを使用することができ、例えば、リボンヒータやテープヒータを用いることができる。また、各配管１２，３１における各ヒータ１３，３３の設置位置は、配管全長であってもよく、結露防止対策に有効な減圧弁２１に隣接する部分のみであってもよい。さらに、各ヒータ１３，２２，３３には、制御用としてヒータ温度計１３ａ，２２ａ，３３ａを一体化したヒータを用いている。
【００１４】
前記制御器２３は、下流側温度測定器３４の測定温度に基づいて各ヒータへの出力を制御するものであって、ガス供給装置を常温の室内に設置したときの結露防止に有効な温度範囲、通常は、各ヒータの温度を２０〜４０℃の範囲に制御するように形成されている。この制御器２３は、下流側温度測定器３４で測定した減圧弁下流配管３１の下流側温度が、あらかじめ設定した結露防止温度より低下したときに、各ヒータを、あらかじめ設定された温度範囲、例えば２０〜４０℃の範囲で作動させて結露発生を防止する。
【００１５】
例えば、実験室など、温度、湿度が２０℃、５０％に管理された室内のときには、１８℃を低下したときに結露が発生するおそれがあるとして結露防止温度を１８℃に設定し、測定温度が１８℃より低いときには、最初に、制御器２３が第１段階として、減圧弁用電気ヒータ２２のみを作動させ、減圧弁２１を加温する。例えば室温が２０℃の場合、制御器２３が減圧弁用電気ヒータ２２の温度を２０℃から徐々に上昇させ、減圧弁用電気ヒータ２２への出力を上昇させて減圧弁２１を加温していく。この減圧弁用電気ヒータ２２による減圧弁２１の加温で下流側温度測定器３４の測定温度が１８℃以上に上昇したときには、減圧弁用電気ヒータ２２の温度を保持して減圧弁下流配管３１を１８℃以上に保持する。
【００１６】
減圧弁用電気ヒータ２２への出力が減圧弁用電気ヒータ２２に設定された温度範囲の最高温度、例えば４０℃に到達したとき、あるいは、最高温度に近い温度、例えば３６℃程度に到達しても、下流側温度測定器３４で測定した下流側温度が前記結露防止温度である１８℃に上昇しない場合は、第２段階として、減圧弁用電気ヒータ２２に加えて下流側電気ヒータ３３を作動させ、下流側電気ヒータ３３の温度を２０℃から徐々に上昇させる。この場合も、下流側温度測定器３４の測定温度が１８℃以上に上昇したときには、下流側電気ヒータ３３の温度を保持し、減圧弁用電気ヒータ２２と下流側電気ヒータ３３とによる加温状態を継続する。
【００１７】
さらに、減圧弁用電気ヒータ２２と下流側電気ヒータ３３とによる加温を行っても、下流側温度測定器３４の測定温度が１８℃より低い場合は、第３段階として、上流側電気ヒータ１３による加温動作を開始する。例えば、下流側電気ヒータ３３の温度が最高温度、例えば４０℃に到達しても十分な加温ができないときなどには、減圧弁用電気ヒータ２２及び下流側電気ヒータ３３に加えて上流側電気ヒータ１３の３箇所のヒータによって各部を加温する。この場合も、下流側温度測定器３４の測定温度が１８℃以上に上昇したときには、各ヒータの温度を保持し、減圧弁用電気ヒータ２２と下流側電気ヒータ３３と上流側電気ヒータ１３とによる加温状態を継続する。
【００１８】
また、測定温度が１８℃を大きく超えた場合、例えば２５℃以上になったときには、上流側電気ヒータ１３、下流側電気ヒータ３３、減圧弁用電気ヒータ２２の順に温度を下げて減圧弁下流配管３１を１８℃程度に保持する。
【００１９】
第１段階の開始、第１段階から第２段階への移行、第２段階から第３段階への移行は、ガス供給装置の構成や各ヒータの能力、制御器２３の機能など、各種条件に応じて適宜なタイミングを設定することができ、結露防止温度や各ヒータの温度範囲も任意に設定することが可能である。また、ガス使用先に流量調整装置が設けられている場合は、２流量調整装置３２を省略できる。
【００２０】
次に、前記ガス供給装置を使用した結露防止運転の一例を具体例に基づいて説明する。なお、実験用装置では、前記構成に加えて、実験時の温度変化記録用として、減圧弁２１の入口部の温度を測定する入口部温度測定器２５と減圧弁２１の出口部の温度を測定する出口部温度測定器２６とを設けた。
【００２１】
ガス供給装置を設置した室温は２０℃、ガス容器１１から供給されるガスの温度は２０℃であり、結露防止温度は１８℃に設定した。また、圧力は全てゲージ圧である。減圧対象となるガスには、ガス容器１１内に、２０℃、５．６３ＭＰａで充填された二酸化炭素を使用した。減圧弁２１には、ダイヤフラム式減圧弁を使用し、減圧後のガスの設定圧力は０．８ＭＰａとした。このときのジュールトムソン効果によるガス温度の低下はマイナス４２．９℃となる。
【００２２】
各配管１２，３１には、ＳＵＳ３１６Ｌ製１／４インチ配管を使用し、減圧弁上流配管１２の長さは８００ｍｍ、減圧弁下流配管３１の長さは３００ｍｍとし、減圧弁下流配管３１の終端の流量調整装置３２としてＭＦＣを接続し、実験の各段階でガス流量を調節した。
【００２３】
各温度測定器２４，２５，２６，３４にはＴ型熱電対を使用し、各ヒータ１３，２２，３３には、下流側温度測定器３４、減圧弁温度測定器２４及び各ヒータ温度計１３ａ，２２ａ，３３ａの測定温度に基づいて作動する制御器２３によってＯＮ・ＯＦＦ制御及び出力制御が行われる電気ヒータをそれぞれ使用した。
【００２４】
減圧弁上流配管１２に設けた上流側電気ヒータ１３は、減圧弁下流配管３１に設けた下流側電気ヒータ３３の出力値が最大値（制御出力１００％）の９０％を超えたときにＯＮとなるように制御され、上流側電気ヒータ１３に一体化したヒータ温度計１３ａで測定した温度が２０〜３８℃の間で、下流側温度測定器３４が測定した減圧弁下流配管３１の下流側温度が１８℃程度になるように制御される。
【００２５】
減圧弁２１に設けた減圧弁用電気ヒータ２２は、下流側温度測定器３４が測定した減圧弁下流配管３１の下流側温度が１８℃程度になるように、減圧弁温度測定器２４で測定した減圧弁２１の温度が２０〜３８℃の間になるように出力が自動的に制御されるようにしている。
【００２６】
減圧弁下流配管３１に設けた下流側電気ヒータ３３は、減圧弁温度測定器２４が測定した減圧弁２１の温度が３７℃を超えたときにＯＮとなり、下流側電気ヒータ３３に一体化したヒータ温度計１３ａで測定した温度が２０〜４０℃の間で、下流側温度測定器３４が測定した減圧弁下流配管３１の下流側温度が１８℃程度になるように制御される。
【００２７】
最初に、流量調整装置３２を操作して流量を２Ｌ／ｍｉｎに設定するとともに、減圧弁用電気ヒータ２２の出力を２０℃に設定した。上流側電気ヒータ１３及び下流側電気ヒータ３３は共にＯＦＦである。この状態で各部温度が安定したとき、入口部温度測定器２５で測定した減圧弁２１の入口部の温度は２０℃であるのに対し、出口部温度測定器２６で測定した減圧弁２１の出口部の温度及び下流側温度測定器３４で測定した減圧弁下流配管３１の下流側温度は、ジュールトムソン効果による温度低下によって−４．２℃に低下していた。したがって、減圧弁２１の出口部及びここに接続した減圧弁下流配管３１は、結露又は着霜が発生する温度になる。
【００２８】
制御器２３によって各上流側電気ヒータ１３，２２，３３の出力制御を行った。まず、減圧弁下流配管３１の下流側温度を１８℃以上にするため、下流側温度測定器３４の測定温度に基づいて、制御器２３が第１段階として減圧弁用電気ヒータ２２の温度を２０℃から３８℃に上昇させる制御を行った。減圧弁用電気ヒータ２２によって減圧弁２１を加温しても下流側温度が十分に上昇せず、減圧弁２１の温度が、第２段階開始温度である３７℃を超えたことから下流側電気ヒータ３３をＯＮとした。そして、下流側電気ヒータ３３の温度が２０℃になった時点で出口部温度測定器２６で測定した減圧弁２１の出口部の温度が１５．７℃となり、下流側温度測定器３４で測定した減圧弁下流配管３１の下流側温度が１８．９℃となった。これにより、減圧弁２１及び減圧弁下流配管３１の結露発生を防止できる。
【００２９】
続いて、各ヒータの出力を保持した状態、ガス流量を１０Ｌ／ｍｉｎに増加したところ、減圧弁２１の出口部の温度が−１１．８℃に低下したが、温度が２０℃の下流側電気ヒータ３３で加温されている減圧弁下流配管３１の下流側温度は１１．９℃に上昇していた。しかし、１８℃以下であることから、減圧弁下流配管３１に結露が発生するおそれがある。このとき、第２段階として、下流側温度測定器３４の測定温度に基づいて制御器２３が作動し、減圧弁用電気ヒータ２２を作動させた状態のまま、減圧弁下流配管３１の下流側温度が１８℃以上になるように下流側電気ヒータ３３の出力を上昇させる制御が行われ、下流側電気ヒータ３３の温度が２９℃になったところで、下流側温度測定器３４が測定した減圧弁下流配管３１の下流側温度が、結露の発生を防止できる１８．６℃に上昇した。
【００３０】
さらに、この状態でガス流量を３０Ｌ／ｍｉｎに増加させたところ、減圧弁２１の出口部の温度が−２９．０℃に低下し、減圧弁下流配管３１の下流側温度が８．６℃に低下した。また、下流側電気ヒータ３３を第２段階と同じ出力に維持したままでは出力不足の状態であり、低温状態のガスが流れる減圧弁下流配管３１によって冷却されることで下流側電気ヒータ３３の温度が２９℃まで上昇せず２４℃に低下した。このため、下流側温度測定器３４の測定温度に基づいて制御器２３が作動し、下流側電気ヒータ３３の出力を上昇させるとともに、下流側電気ヒータ３３の出力値が９０％を超えた時点で、第３段階として、減圧弁上流配管１２に設けた上流側電気ヒータ１３の出力制御を開始した。これにより、下流側電気ヒータ３３の温度が３３℃に上昇し、上流側電気ヒータ１３の温度が２４℃になったところで、下流側温度測定器３４の測定した減圧弁下流配管３１の下流側温度が、結露の発生を防止できる１８．９℃に上昇した。
【００３１】
この実験結果における各ヒータ温度計１３ａ，２２ａ，３３ａで測定した各ヒータ１３，２２，３３の温度と、減圧弁温度測定器２４、入口部温度測定器２５及び出口部温度測定器２６で測定した減圧弁２１の各部の温度とをまとめて表１に示す。このように、減圧弁下流配管３１の下流側温度に応じて各ヒータを制御することにより、無駄にヒータを作動させずに、かつ、過剰に加温することなく、ガス供給装置の結露発生を防止することができる。また、減圧弁下流配管３１の下流側温度があらかじめ設定した上限温度、例えば２５℃を超えたときには、減圧弁上流配管１２の上流側電気ヒータ１３、減圧弁下流配管３１の下流側電気ヒータ３３、減圧弁２１の減圧弁用電気ヒータ２２の順に出力を低くしていけばよい。
【００３２】
【表１】
2019132405.tif 000003
【００３３】
なお、減圧弁の種類や各配管の種類は任意であり、ガスの種類や流量、圧力といった使用先のガス使用条件に応じて適宜に選択することができ、これらの各構成部材は、従来からこの種のガス供給装置に用いられている各構成部材を用いることができる。また、減圧弁や配管の加温温度も任意に設定できるが、最大値を４０℃以下に設定することにより、電力量の削減を図れるとともに、火傷などの事故も防止できる。
【符号の説明】
【００３４】
１１…ガス容器、１２…減圧弁上流配管、１３…上流側電気ヒータ、１３ａ…ヒータ温度計、２１…減圧弁、２２…減圧弁用電気ヒータ、２２ａ…ヒータ温度計、２３…制御器、２４…減圧弁温度測定器、２５…入口部温度測定器、２６…出口部温度測定器、３１…減圧弁下流配管、３２…流量調整装置、３３…下流側電気ヒータ、３３ａ…ヒータ温度計、３４…下流側温度測定器
【図１】
2019132405.tif 000004