(57)【要約】  【課題】  天然ガスが流れるガス導管に開閉弁を備えた供給管を接続して付臭剤の注入する供給装置において、広い範囲にわたる安定した付臭剤の注入量に対応できるとともに、開閉弁の開度を所定範囲内で調整できるようにして、付臭剤の注入量を正確に制御することができるようにする。  【解決手段】  圧送管２内を流れる第１流体１に対して、圧送管２に接続された供給管６を介して第２流体３を供給する供給装置１００において、供給管６を流れる第２流体３の圧力を調整する圧力調整部８と、第１流体１と第２流体３の圧力差を検出する差圧検出部７と、弁の開度により第２流体３の流量を調整する開閉弁１１とを備え、供給すべき第２流体３の流量に応じて、圧力調整部８により開閉弁の前後の圧力差を調整しつつ、開閉弁１１の開度を調整して、第２流体３の流量を制御する。  【選択図】  図１
2005131501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧送管内を流れる第１流体に対して、前記圧送管に接続された供給管を介して第２流体を供給する供給装置において、
前記供給管を流れる前記第２流体の圧力を調整する圧力調整部と、
前記第１流体と前記第２流体の圧力差を検出する差圧検出部と、
弁の開度により前記第２流体の流量を調整する開閉弁と、を備え、
供給すべき前記第２流体の流量に応じて、前記圧力調整部により前記開閉弁の前後の圧力差を調整しつつ、前記開閉弁の前記開度を調整して、前記第２流体の流量を制御することを特徴とする供給装置。
【請求項２】
前記供給管内を流れる前記第２流体の流量を計測する流量計と、
前記流量計の計測結果に応じて、所望の圧力差を前記圧力調整部に指令する差圧指令部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の供給装置。
【請求項３】
前記差圧制御部は、前記開閉弁の前記開度が所定範囲内になるように、前記圧力差を指令することを特徴とする請求項２に記載の供給装置。
【請求項４】
前記所定範囲は、前記開閉弁の流量特性が維持される開度範囲であることを特徴とする請求項３に記載の供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧送管内を流れる流体に対して、圧送管に接続された供給管を介して他の流体を供給する供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場や家庭において燃料等として利用される天然ガスは、本来、無色無臭であるため、漏洩の発見が困難であり、惨事を招き兼ねない。そのため、付臭剤を添加して、嗅覚により、漏洩が発見できるようにしている。
このため、天然ガスに付臭剤を注入（添加）する場合には、天然ガスが流れるガス導管の途中に、付臭剤が収容された薬品タンクと付臭剤を圧送する定量ポンプとを備える付臭剤供給管を接続して、付臭剤をガス導管に注入していた。そして、ガス導管を流通する天然ガスの流量に応じて付臭剤の注入量（要求流量）が決定され、定量ポンプのストローク及び回転数を制御することにより、薬品タンク内より付臭剤供給管を通して要求流量の付臭剤がガス導管内に注入され、ガス導管内を流通する天然ガスへ所定の割合で混合するようにしていた。
更に、特許文献１に示すように、付臭剤供給管に開閉弁を設け、開閉弁の開度を調整することにより、ガス導管に注入する付臭剤の流量を制御する技術もある。
【特許文献１】特開平８−９３９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、天然ガスに付臭を行う場合には、天然ガスの流量に対する付臭剤の注入量は、１２〜１６ｍｇ／ｍ３／ｈ（ＡＮＲ）の範囲とすることが望まれている。一方、ガス導管を流れる天然ガスの流量は、２７００〜１５００００ｍ３／ｈ（ＡＮＲ）の幅で変動することがある。このため、付臭剤の注入量は、３２〜２４００ｇ／ｈと、微少量から広い範囲にわたっている。更に、ガス導管を流れる天然ガスの圧力は、３．５〜４．５ＭＰａの範囲で変動することがある。
しかしながら、定量ポンプのストローク及び回転数を制御して、付臭剤の供給量（流量）を調整する技術では、ガス導管内の圧力が変動すると、流量が定まらないという問題がある。
更に、開閉弁の開度を調整する技術であっても、上述したような微少量から広い範囲にわたっている付臭剤の注入量に対応できる開閉弁は見当たらない。また、開閉弁は、その開度の全領域において、良好に流量を制御できるわけではなく、例えば、開度が９０％以上或いは１０％以下の場合には、開度に応じた流量を制御することができなくなるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、天然ガスが流れるガス導管に開閉弁を備えた付臭剤供給管を接続して、付臭剤の注入量（流量）を制御する供給装置において、広い範囲にわたる付臭剤の注入量に対応できるとともに、開閉弁の開度を所定範囲内で調整できるようにして、付臭剤の注入量（流量）を正確に制御することができる供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る供給装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明は、圧送管内を流れる第１流体に対して、圧送管に接続された供給管を介して第２流体を供給する供給装置において、供給管を流れる第２流体の圧力を調整する圧力調整部と、第１流体と第２流体の圧力差を検出する差圧検出部と、弁の開度により第２流体の流量を調整する開閉弁とを備え、供給すべき第２流体の流量に応じて、圧力調整部により開閉弁の前後の圧力差を調整しつつ、開閉弁の開度を調整して、第２流体の流量を制御するようにした。この発明によれば、開閉弁により第２流体の流量制御が行われるとともに、圧力調整部により、その流量に見合うように第２流体の圧力も制御される。
【０００６】
また、供給管内を流れる第２流体の流量を計測する流量計と、流量計の計測結果に応じて、所望の圧力差を圧力調整部に指令する差圧指令部とを備えるようにしたものでは、第２流体の流量に見合って所望の流量を即時に求められる。
また、差圧制御部は、開閉弁の開度が所定範囲内になるように、圧力差を指令するものでは、開閉弁がその能力に見合うように用いられる。
また、所定範囲が、開閉弁の流量特性が維持される開度範囲であるものでは、開閉弁により、正確に第２流体の制御を行える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば以下の効果を得ることができる。
本発明は、圧送管内を流れる第１流体に対して、圧送管に接続された供給管を介して第２流体を供給する供給装置において、供給管を流れる第２流体の圧力を調整する圧力調整部と、第１流体と第２流体の圧力差を検出する差圧検出部と、弁の開度により第２流体の流量を調整する開閉弁とを備え、供給すべき第２流体の流量に応じて、圧力調整部により開閉弁の前後の圧力差を調整しつつ、開閉弁の開度を調整して、第２流体の流量を制御するようにした。これにより、流量の制御とともに、その流量に見合った圧力も制御されるので、第２流体を極少流量から極大流量まで対応させることができる。
また、供給管内を流れる第２流体の流量を計測する流量計と、流量計の計測結果に応じて、所望の圧力差を圧力調整部に指令する差圧指令部とを備えるようにしたので、第２流体の流量に見合って所望の流量を即時に求めることができる。
また、差圧制御部は、開閉弁の開度が所定範囲内になるように、圧力差を指令するようにしたので、開閉弁をその能力に見合うように用いることができる。
また、所定範囲が、開閉弁の流量特性が維持される開度範囲であるようにしたので、開閉弁により、正確な流量制御を行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の注入装置（供給装置）の実施形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の注入装置（供給装置）１００を示す概念図である。
注入装置１００は、ガス導管（圧送管）２内を圧送される天然ガス（第１流体）１に付臭剤（第２流体）３を注入する装置であり、付臭剤３を貯蔵する薬品タンク４、薬品タンク４とガス導管２とを連結する付臭剤供給管（供給管）６、付臭剤供給管６に設けた定量ポンプ５を備える。そして、定量ポンプ５を駆動することにより、薬品タンク４内の付臭剤３を付臭剤供給管６を通して圧送して、ガス導管２内に注入する。
更に、注入装置１００は、流量計１０、開閉弁１１、自動遮断弁１２、差圧検出部７、圧力調整部８、流量制御部１７、圧力制御部１８、ポンプ制御部１９等を備え、ガス導管２内に注入する付臭剤３の流量及び圧力を制御可能に構成される。
【０００９】
流量計１０、開閉弁１１、自動遮断弁１２は、付臭剤供給管６の下流側に設けられる。
開閉弁１１、ガス導管２を流通する天然ガス１の送ガス量の変化に追従して付臭剤３の注入量を変化させることができるように、レンジアビリティの大きいものを使用することが望ましい。ここで、レンジアビリティ（range ability）とは、開閉弁１１においては、あらかじめ決められた制限内で、流量特性が維持される範囲の最大開度と最小開度の比をいう。なお、圧力差を考慮しつつ、要求される付臭剤３の流量範囲（３２〜２４００ｇ／ｈ）をカバーできる開閉弁１１は、見当たらないので、できるだけ流量範囲が広いものを用いればよい。
そして、定量ポンプ５と開閉弁１１とは、できるだけ近づける、すなわち、付臭剤供給管６の全長を短くすることが望ましい。付臭剤供給管６を流れる付臭剤３の圧力及び流量の制御の応答性や安定性を良好にするためである。
また、流量計１０には、例えば、コリオリ式などの流量計が用いられる。なお、自動遮断弁１２については後述する。
【００１０】
差圧検出部７は、付臭剤供給管６内を流れる付臭剤３の圧力（以下、付臭剤供給管内圧力Ｐ１という）を検出する付臭剤圧力計１３と、ガス導管２内を流れる天然ガス１の圧力（以下、ガス導管内圧力Ｐ２という）を検出するガス圧力計１４とから構成される。付臭剤圧力計１３は、付臭剤３の圧力Ｐ１、すなわち、開閉弁１１の一次側（上流側）の圧力を検出するように、分岐管１５における圧力制御弁１６よりも上流側位置に設けられる。また、ガス圧力計１４は、天然ガスの圧力Ｐ２の圧力を検出するように、ガス導管２における付臭剤供給管６の接続部よりも上流側位置（便宜的に開閉弁１１の二次側（下流側）と呼ぶ場合もある）に設けられる。
そして、付臭剤圧力計１３及びガス圧力計１４により、それぞれ検出される圧力検出信号は、圧力制御部１８に送られて、付臭剤供給管内圧力Ｐ１とガス導管内圧力Ｐ２の差圧ΔＰが求められる。したがって、ΔＰは、開閉弁１１の前後の圧力差とみなすことができる。
【００１１】
圧力調整部８は、付臭剤供給管６に接続された分岐管１５と分岐管１５に設けられた圧力制御弁１６とから構成される。分岐管１５は、付臭剤供給管６における定量ポンプ５の下流直後位置に接続されるとともに、薬品タンク４の上壁に接続される。
そして、定量ポンプ５から付臭剤３を付臭剤供給管６を通してガス導管２に圧送する際に、圧力制御弁１６の開度を調整して、圧送される付臭剤３の一部を分岐管１５を通して薬品タンク４に戻すことにより、付臭剤供給管内圧力Ｐ１を調整することができる。
なお、圧力制御弁１６は、圧力制御部１８により開度指令ＣＰを受けて駆動する。
【００１２】
次に、各制御部１７，１８，１９について詳述する。
まず、流量制御部１７は、比較器２０とＰＩＤ演算器２１を有する。そして、ガス導管２内を流通する天然ガス１の送ガス量に基づいて、図示しない要求流量指令部から、注入すべき付臭剤３の要求流量Ｆ０が与えられた場合には、比較器２０において、要求流量Ｆ０と流量計１０により検出された流量検出値Ｆ１とが比較され、更に比較器２０において求められた要求流量Ｆ０と流量検出値Ｆ１との偏差（Ｆ０−Ｆ１）が零になるように、ＰＩＤ演算器２１がＰＩＤ演算を行って、開閉弁１１に開閉指令ＣＦを発する。
このような構成により、開閉弁１１の開度が制御される。
【００１３】
圧力制御部（差圧指令部）１８は、演算器２２、比較器２３、比較器２４、ＰＩＤ演算器２５等を有する。そして、演算器２２は、流量計１０により検出された付臭剤３の流量検出値Ｆ１を受け取り、その流量の付臭剤３を圧送する際に、付臭剤供給管内圧力Ｐ１とガス導管内圧力Ｐ２との間に所望される差圧ＰＣを求める。差圧ＰＣは、付臭剤３の流量に応じて変化する値である。なお、差圧ＰＣの詳細については後述する。また、比較器２３においては、付臭剤圧力計１３により検出される付臭剤供給管内圧力Ｐ１とガス圧力計１４により検出されるガス導管内圧力Ｐ２の測定値の差（Ｐ１−Ｐ２）、すなわち、差圧ΔＰが求められる。更に、比較器２４においては、演算器２２において求められた差圧ＰＣと比較器２３おいて求められた差圧ΔＰとが比較されて、偏差（ＰＣ−ΔＰ）が求められる。そして、その偏差（ＰＣ−ΔＰ）が零になるように、ＰＩＤ演算器２５がＰＩＤ演算を行って、圧力制御弁１６へ開度指令ＣＰを発する。
このような構成により、供給する付臭剤３の流量が変化した場合には、その変化に追従して、付臭剤供給管内圧力Ｐ１とガス導管内圧力Ｐ２の差圧ΔＰが最適な圧力（すなわちＰＣ）となるように変化する。
なお、圧力制御部１８には、比較器２４にて算出される偏差（ＰＣ−ΔＰ）の値に基づいてＰＩＤ演算を行って、ポンプ制御部１９への圧力補正信号Ｓを発するＰＩＤ演算器２６も設けられる。
【００１４】
ポンプ制御部１９は、演算器２７を備え、要求流量司令部から付臭剤３の要求流量Ｆ０が与えられた際に、要求流量Ｆ０に対し圧力制御部１８のＰＩＤ演算器２６より発せられる圧力補正信号Ｓにより補正を加えた後、定量ポンプ５のストローク及び回転数を決定すし、定量ポンプ５へ出力指令Ｃ０を与える。
これにより、定量ポンプ５への出力指令Ｃ０を、圧力補正を加えてなるものとして、定量ポンプ５の出口側の圧力、すなわち、付臭剤供給管内圧力Ｐ１を適正に制御することができる。
【００１５】
付臭剤供給管６における最下流側には、自動遮断弁１２が設けられる。また、流量制御部１７には、付臭剤３の要求流量Ｆ０を出力するモニタスイッチ２８が設けられるとともに、圧力制御部１８には、比較器２３の下流側にて付臭剤供給管内圧力Ｐ１とガス導管内圧力Ｐ２の差圧を出力するモニタスイッチ２９が設けられる。更に、モニタスイッチ２８から出力される付臭剤３の要求流量Ｆ０があり、かつモニタスイッチ２９にて付臭剤供給管内圧力Ｐ１がガス導管内圧力Ｐ２よりも高いことが示された場合にのみ自動遮断弁１２に開指令Ｃを与える論理回路３０が設けられる。
このような構成により、付臭剤３に要求流量Ｆ０がない（Ｆ０＝０）場合や、付臭剤供給管内圧力Ｐ１がガス導管内圧力Ｐ２よりも低い場合には、自動遮断弁１２が自動的に閉鎖されて、ガス導管２側からの天然ガス１の逆流を防止できる。
なお、上述した各制御部１７，１８，１９には、一般的なシーケンサやワンループコントローラ、ＤＣＳ等を使用することができる。
【００１６】
続いて、上記構成を備える注入装置１００を用いて、ガス導管２を流通する天然ガス１に付臭剤３を注入する手順について説明する。
まず、ガス導管２内に天然ガス１が圧力Ｐ２で圧送されると、要求流量司令部において、送ガス量に応じた付臭剤３の要求流量Ｆ０が決定されて、流量制御部１７及びポンプ制御部１９に要求流量Ｆ０が指令される。流量制御部１７及びポンプ制御部１９は、要求流量Ｆ０を受け取ると、それぞれ開閉弁１１、定量ポンプ５を駆動して、要求流量Ｆ０に見合った付臭剤３を天然ガス１に注入し始める。なお、定量ポンプ５は、予め駆動し、付臭剤３に所定の圧力を掛けておく。
同時に、流量計１０により付臭剤３の流量が計測されて、圧力制御部１８に送られる。そして、流量計１０により付臭剤３の流量検出値Ｆ１を受け取った演算器２２では、付臭剤３の流量検出値Ｆ１に見合った差圧ＰＣ（すなわち、付臭剤供給管内圧力Ｐ１とガス導管内圧力Ｐ２との差の最適値）が求められる。なお、圧力と流量とは別々に検討される。
【００１７】
図２は、演算器２２において所望の差圧ＰＣを求める際に用いられる関数Ｆ（Ｆ１）曲線の一例を示す図である。関数Ｆ（Ｆ１）曲線は、基本的には、流量検出値Ｆ１が少ない場合には差圧ＰＣが小さく、流量検出値Ｆ１が多い場合には差圧ＰＣが大きくなる曲線である。
ところで、開閉弁１１が対応できる付臭剤３の流量範囲は、要求される流量範囲（３２〜２４００ｇ／ｈ）よりも小さいものと考える。また、開閉弁１１には、流量特性が維持される範囲の最大開度と最小開度が存在する。例えば、開閉弁１１の最大開度を９０％、最小開度を１０％とすると、この範囲（１０〜９０％）内でのみ使用する必要がある。
しかしながら、開閉弁１１の流量範囲は、一次側圧力（すなわち付臭剤供給管内圧力Ｐ１）と二次側圧力（すなわちガス導管内圧力Ｐ２）との差圧ΔＰが一定の場合における流量範囲である。
そのため、ΔＰを変化させた場合には、開閉弁１１の流量範囲を広げることが可能となる。そこで、付臭剤供給管内圧力Ｐ１とガス導管内圧力Ｐ２との差圧ＰＣを変化させることにより、付臭剤３の流量を要求される流量範囲に広げるようにする。具体的には、図２に示すように、付臭剤３の流量が少ない場合には、付臭剤供給管内圧力Ｐ１とガス導管内圧力Ｐ２との差圧ＰＣを小さくする。これにより、開閉弁１１を流れる付臭剤３の流量が減少する。そして、開閉弁１１を流れる付臭剤３の流量が減少するので、開閉弁１１の開度を、例えば、１０％〜５０％の開度範囲内で調整することにより、極少流量に対応することができるようになる。言い換えれば、開閉弁１１で極少流量の調整ができるように、差圧ＰＣが求められる。
一方、付臭剤３の流量が多い場合には、付臭剤供給管内圧力Ｐ１とガス導管内圧力Ｐ２との差圧ＰＣを大きくする。これにより、開閉弁１１を流れる付臭剤３の流量が増加する。そして、開閉弁１１を流れる付臭剤３の流量が増加するので、開閉弁１１の開度を、例えば、５０％〜９０％の開度範囲内で調整することにより、極大流量に対応することができるようになる。
そして、関数Ｆ（Ｆ１）曲線の水平直線部分に示されるように、要求される付臭剤３の流量が、開閉弁１１が対応できる付臭剤３の流量範囲の場合には、差圧ＰＣは、従来と同様に一定に保持してもよい。
このように、演算器２２において、付臭剤３の流量検出値Ｆ１に見合うような、付臭剤供給管内圧力Ｐ１とガス導管内圧力Ｐ２との差圧ＰＣが求められる。
なお、図２に示した関数Ｆ（Ｆ１）曲線は、一例であって、他の曲線を有する関数であってもよい。例えば、直線形、階段形であってもよく、また、３次曲線や４次曲線であってもよい。要するに、流量検出値Ｆ１が少ない場合には差圧ＰＣが小さく、流量検出値Ｆ１が多い場合には差圧ＰＣが大きくなり、開閉弁１１がそのレンジアビリティ内で使用できれるようになればよい。
【００１８】
そして、演算器２２において差圧ＰＣが求められると、実測された差圧ΔＰとの偏差が求められ、圧力制御弁１６の指令して、偏差がなくなるように、付臭剤供給管内圧力Ｐ１が調整される。これにより、付臭剤供給管内圧力Ｐ１が付臭剤３の流量検出値Ｆ１に見合った差圧ＰＣになるように制御される。
更に、この差圧ＰＣの下で、開閉弁１１の開度が制御されて、正確な流量の付臭剤３がガス導管２へ注入される。
【００１９】
以上のように、本発明の注入装置１００によれば、開閉弁１１の開度の制御を行うとともに、付臭剤供給管内圧力Ｐ１とガス導管内圧力Ｐ２との差圧ΔＰを付臭剤３の流量検出値Ｆ１に見合うように制御されるので、例えば、付臭剤３の流量が少ない場合には、付臭剤供給管内圧力Ｐ１とガス導管内圧力Ｐ２との差圧ＰＣを小さくし、更に、開閉弁１１の開度を流量特性が維持される範囲内で調整することにより、極少流量に対応することができるようになる。同様に、付臭剤３の流量が多い場合には、付臭剤供給管内圧力Ｐ１とガス導管内圧力Ｐ２との差圧ＰＣを大きくし、更に、開閉弁１１の開度を流量特性が維持される範囲内で調整することにより、極大流量に対応することができるようになる。
特に、開閉弁１１が対応できる流量範囲が、要求される流量範囲よりも小さい場合に、有効である。
【００２０】
上述した実施形態では、天然ガス１に付臭剤３を注入する場合について説明したが、これに限らない。注入物及び被注入物が圧送される場合であればよい。そして、注入物及び被注入物が、液体である場合のみならず、気体や流動体等であってもよい。また、流動体に液体を注入するような場合であってもよい。例えば、食品に添加物等を加える場合等が考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、圧送管内を流れる流体に対して、圧送管に接続された供給管を介して他の流体を供給する供給装置に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】注入装置を示す概念図
【図２】所望の差圧を求める際に用いられる関数曲線の一例を示す図
【符号の説明】
【００２３】
１  天然ガス（第１流体）
２  ガス導管（圧送管）
３  付臭剤（第２流体）
６  付臭剤供給管（供給管）
７  差圧検出部
８  圧力調整部
１０  流量計
１１  開閉弁
１７  流量制御部
１８  圧力制御部（差圧指令部）
１９  ポンプ制御部
１００  注入装置（供給装置）
Ｆ０  要求流量
ＰＣ  差圧（所望の圧力差）
【図１】
2005131501.tif 000003
【図２】
2005131501.tif 000004