JP2534418B2 - 熱量計 - Google Patents
熱量計Info
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- gas
- fuel gas
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Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、熱量計、より詳細には、熱式流
量計と層流流量計とを直列に接続して熱式流量計の出力
を一定にする条件で層流流量計の標準状態における圧力
損失を検知することにより、燃料ガスの熱量を前記損失
圧力の関数として計測し燃料ガス中に含まれる特定のガ
ス成分の濃度に基づいて熱量を補正する簡易で正確な燃
料ガスの熱量計に関する。
量計と層流流量計とを直列に接続して熱式流量計の出力
を一定にする条件で層流流量計の標準状態における圧力
損失を検知することにより、燃料ガスの熱量を前記損失
圧力の関数として計測し燃料ガス中に含まれる特定のガ
ス成分の濃度に基づいて熱量を補正する簡易で正確な燃
料ガスの熱量計に関する。
【０００２】
【従来技術】燃料ガスおよび天然ガスは、その製造出荷
時において熱量および燃焼性を検知記録することが法的
に規定されており、この規定に基づいて混合ガスの熱量
を計測する熱量計が定められている。代表的な熱量計と
してユンカース式流水熱量計がある。この熱量計は、混
合ガスの燃料を空気と共に完全に燃焼させ、燃焼して生
じた廃ガスを最初のガス温度迄冷却して生成水蒸気を凝
縮させ、発生した熱の総量を熱量計に流れる水に吸収さ
せることにより、一定の混合ガス試料に対応する流水量
と、該流水の流入口および流出口における温度の温度差
とを乗算し、この乗算結果から総熱量を求めるという原
理である。
時において熱量および燃焼性を検知記録することが法的
に規定されており、この規定に基づいて混合ガスの熱量
を計測する熱量計が定められている。代表的な熱量計と
してユンカース式流水熱量計がある。この熱量計は、混
合ガスの燃料を空気と共に完全に燃焼させ、燃焼して生
じた廃ガスを最初のガス温度迄冷却して生成水蒸気を凝
縮させ、発生した熱の総量を熱量計に流れる水に吸収さ
せることにより、一定の混合ガス試料に対応する流水量
と、該流水の流入口および流出口における温度の温度差
とを乗算し、この乗算結果から総熱量を求めるという原
理である。
【０００３】この熱量計は、基準熱量計として使用され
ているが、試験においては、水温と室温との温度差を±
０.５℃の範囲内で一致させるとか、１回の測定時間内
における水の温度変化を０.０５℃以内に保つことが条
件とされる等、測定環境においての規定が厳しく、ま
た、測定の応答性も悪いので精度試験には適しているが
生産ラインでの使用に適さないため、別に速応形の熱量
計を使用することも認められており、通常、出荷時の熱
量の測定は、速応形の熱量計により連続的に行われてい
る。速応形の熱量計は、燃料ガスおよび空気を各々流量
計により計量して混合し、これをバーナで燃焼させ、燃
焼して生じた排ガスの温度と、燃焼用空気のバーナ入口
における温度とを熱電対等の温度検出器により検出して
各々の温度差と燃料ガスの空気に対する比重とを検知し
て、試料ガスの総発熱量と、該試料ガスの空気に対する
比重の平方根との比であるウォッペ指数（Ｗ．Ｉと呼
ぶ）を求め、被検燃料ガスの熱量をＷ．Ｉと試料ガスの
空気に対する比重の平方根との積として算出するもので
ある。その他の熱量検知方法に、混合ガスの熱量と、密
度とが比例関係にあるとの実験結果に基づいて、混合ガ
スの密度計測結果から熱量を算出することも試みられて
いる。
ているが、試験においては、水温と室温との温度差を±
０.５℃の範囲内で一致させるとか、１回の測定時間内
における水の温度変化を０.０５℃以内に保つことが条
件とされる等、測定環境においての規定が厳しく、ま
た、測定の応答性も悪いので精度試験には適しているが
生産ラインでの使用に適さないため、別に速応形の熱量
計を使用することも認められており、通常、出荷時の熱
量の測定は、速応形の熱量計により連続的に行われてい
る。速応形の熱量計は、燃料ガスおよび空気を各々流量
計により計量して混合し、これをバーナで燃焼させ、燃
焼して生じた排ガスの温度と、燃焼用空気のバーナ入口
における温度とを熱電対等の温度検出器により検出して
各々の温度差と燃料ガスの空気に対する比重とを検知し
て、試料ガスの総発熱量と、該試料ガスの空気に対する
比重の平方根との比であるウォッペ指数（Ｗ．Ｉと呼
ぶ）を求め、被検燃料ガスの熱量をＷ．Ｉと試料ガスの
空気に対する比重の平方根との積として算出するもので
ある。その他の熱量検知方法に、混合ガスの熱量と、密
度とが比例関係にあるとの実験結果に基づいて、混合ガ
スの密度計測結果から熱量を算出することも試みられて
いる。
【０００４】しかし、上述した速応形の熱量計は、高精
度な基準熱量計であるユンカース式流水形熱量計に代わ
る実用形の熱量計であるが、長時間の使用において測定
値がドリフトするため計測精度が低く１日の連続運転時
間に２回の割合で測定値を補正している。この補正操作
は煩わしいものであり、また、密度を検知する方法にお
いては、密度計が、通常、高価であり安価、簡易に熱量
を求めることはできなかった。これに対し、本出願人
は、下記の簡易な熱量計を提案した。
度な基準熱量計であるユンカース式流水形熱量計に代わ
る実用形の熱量計であるが、長時間の使用において測定
値がドリフトするため計測精度が低く１日の連続運転時
間に２回の割合で測定値を補正している。この補正操作
は煩わしいものであり、また、密度を検知する方法にお
いては、密度計が、通常、高価であり安価、簡易に熱量
を求めることはできなかった。これに対し、本出願人
は、下記の簡易な熱量計を提案した。
【０００５】特願平２−２０５３７８号における「熱量
計」は、燃料ガスの流路に、該燃料ガスの質量流量信号
を出力する熱式流量計と、該熱式流量計の出力を一定と
するように流量を制御する制御手段と、前記燃料ガスの
温度と圧力とを検知し標準状態における体積流量を差圧
信号として出力する層流流量計とを直列に接続し、前記
燃料ガスの熱量を前記差圧信号の逆数に比例した量とし
て演算出力する構成をもったものである。通常、都市ガ
スはメタンガスを主成分とする天然ガスであるが、都市
ガスを移送する場合には天然ガスをベースガスとしてプ
ロパンガス又はブタンガス等の高熱量の炭化水素ガスを
混合して熱量調整する。しかし、ある特定の燃料ガスの
中には、水素ガス、又は炭酸ガスを含むものがある。該
ベースガスの中に水素ガス又は炭酸ガスの濃度が一定量
含まれている場合は、混合した実ガスで校正することが
可能である。しかし、ベースガス中の水素ガス、炭酸ガ
スが不定量の場合は、熱量と差圧の相関がくずれ、熱量
計測定精度が低下するという問題点があった。
計」は、燃料ガスの流路に、該燃料ガスの質量流量信号
を出力する熱式流量計と、該熱式流量計の出力を一定と
するように流量を制御する制御手段と、前記燃料ガスの
温度と圧力とを検知し標準状態における体積流量を差圧
信号として出力する層流流量計とを直列に接続し、前記
燃料ガスの熱量を前記差圧信号の逆数に比例した量とし
て演算出力する構成をもったものである。通常、都市ガ
スはメタンガスを主成分とする天然ガスであるが、都市
ガスを移送する場合には天然ガスをベースガスとしてプ
ロパンガス又はブタンガス等の高熱量の炭化水素ガスを
混合して熱量調整する。しかし、ある特定の燃料ガスの
中には、水素ガス、又は炭酸ガスを含むものがある。該
ベースガスの中に水素ガス又は炭酸ガスの濃度が一定量
含まれている場合は、混合した実ガスで校正することが
可能である。しかし、ベースガス中の水素ガス、炭酸ガ
スが不定量の場合は、熱量と差圧の相関がくずれ、熱量
計測定精度が低下するという問題点があった。
【０００６】
【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、燃料ガスに含まれる水素ガス、炭酸ガス等のガ
ス濃度の量に影響されることなく高精度に燃料ガスの熱
量を計測できる簡易な熱量計を提供することを目的とす
るものである。
もので、燃料ガスに含まれる水素ガス、炭酸ガス等のガ
ス濃度の量に影響されることなく高精度に燃料ガスの熱
量を計測できる簡易な熱量計を提供することを目的とす
るものである。
【０００７】
【構成】本発明は、上記目的を達成するために、燃料ガ
スの流路に、該燃料ガスの質量流量信号を出力する熱式
流量計と、該熱式流量計の出力を一定とするように流量
を制御する制御手段と、前記燃料ガスの温度と圧力とを
検知し標準状態における体積流量を差圧信号として出力
する層流流量計と、前記燃料ガスに含まれる特定のガス
濃度に応じたガス濃度信号を出力するガス検知器とを直
列に接続し、前記燃料ガスの熱量を前記差圧信号の逆数
に比例して演算し、演算した熱量を前記ガス濃度信号に
基づいて補正する演算器とから構成したことを特徴とす
るもので、以下、本発明の実施例に基づいて説明する。
スの流路に、該燃料ガスの質量流量信号を出力する熱式
流量計と、該熱式流量計の出力を一定とするように流量
を制御する制御手段と、前記燃料ガスの温度と圧力とを
検知し標準状態における体積流量を差圧信号として出力
する層流流量計と、前記燃料ガスに含まれる特定のガス
濃度に応じたガス濃度信号を出力するガス検知器とを直
列に接続し、前記燃料ガスの熱量を前記差圧信号の逆数
に比例して演算し、演算した熱量を前記ガス濃度信号に
基づいて補正する演算器とから構成したことを特徴とす
るもので、以下、本発明の実施例に基づいて説明する。
【０００８】図１は、本発明の熱量計における一実施例
を説明するための構成ブロック図で、図中、１は燃料ガ
ス流路、２は減圧弁、３はフィルタ、４は圧力計、５は
コントロールバルブ、６は熱式流量計、７は層流流量
計、８は差圧伝送器、９は温度計、１０は圧力計、１１
はガス検知器、１２は演算器（表示器付）、１３はＰＩ
Ｄ（比例、積分、微分）制御器である。
を説明するための構成ブロック図で、図中、１は燃料ガ
ス流路、２は減圧弁、３はフィルタ、４は圧力計、５は
コントロールバルブ、６は熱式流量計、７は層流流量
計、８は差圧伝送器、９は温度計、１０は圧力計、１１
はガス検知器、１２は演算器（表示器付）、１３はＰＩ
Ｄ（比例、積分、微分）制御器である。
【０００９】図示において熱量を測定するための燃料ガ
スは減圧弁２とフィルタ３とを介して大気圧近傍の低圧
で清浄な燃料ガスとなってコントロールバルブ５と熱式
流量計６と層流流量計７とを通って流出する。熱式流量
計６は、周知のように層流で流通する測定管にヒータを
巻回して混合ガスを加熱し、測定管の前後流において混
合ガスが熱交換されて生ずる温度差を抵抗値変化として
ブリッジ回路に組込んで電圧信号として検知するもの
で、出力電圧Ｖは Ｖ＝Ｋ1・Ｃｐ・ρ・Ｑ （１） （Ｋ1：定数、Ｃｐは定圧比熱、ρは測定ガス密度、Ｑ
は体積流量）であり、出力電圧Ｖは、質量流量ρ・Ｑと
定圧比熱Ｃｐとに比例した線形出力となる。
スは減圧弁２とフィルタ３とを介して大気圧近傍の低圧
で清浄な燃料ガスとなってコントロールバルブ５と熱式
流量計６と層流流量計７とを通って流出する。熱式流量
計６は、周知のように層流で流通する測定管にヒータを
巻回して混合ガスを加熱し、測定管の前後流において混
合ガスが熱交換されて生ずる温度差を抵抗値変化として
ブリッジ回路に組込んで電圧信号として検知するもの
で、出力電圧Ｖは Ｖ＝Ｋ1・Ｃｐ・ρ・Ｑ （１） （Ｋ1：定数、Ｃｐは定圧比熱、ρは測定ガス密度、Ｑ
は体積流量）であり、出力電圧Ｖは、質量流量ρ・Ｑと
定圧比熱Ｃｐとに比例した線形出力となる。
【００１０】層流流量計７は周知のように低レイノルズ
（Ｒｅ）数で流通する流体の体積流量Ｑが、該流体の流
通する流路の圧力損失ΔＰに比例することを利用した流
量計であり、大気圧近傍の圧力のガスの体積流量Ｑは Ｑ≒Ｋ2ΔＰ／μ（Ｋ2：定数、μ：燃料ガスの粘度）（２） であらわされる。
（Ｒｅ）数で流通する流体の体積流量Ｑが、該流体の流
通する流路の圧力損失ΔＰに比例することを利用した流
量計であり、大気圧近傍の圧力のガスの体積流量Ｑは Ｑ≒Ｋ2ΔＰ／μ（Ｋ2：定数、μ：燃料ガスの粘度）（２） であらわされる。
【００１１】一方、燃料ガスの発熱量Ｈ（Ｋcal／Ｎ
ｍ3）は燃料ガスの密度ρに比例し、粘度μおよび定圧
比熱Ｃｐの逆数に比例することが知られている。（前記
出願特許明細書） 即ち、ρ＝Ｋ3Ｈ （Ｋ3：定数） （３） μ＝Ｋ4／Ｈ （Ｋ4：定数） （４） Ｃｐ＝Ｋ5／Ｈ（Ｋ5：定数） （５） であり、（１）乃至（５）で熱式流量計の出力Ｖを一定
とすると Ｈ＝ＫΔＰ （Ｋ：定数） （６） が得られる。
ｍ3）は燃料ガスの密度ρに比例し、粘度μおよび定圧
比熱Ｃｐの逆数に比例することが知られている。（前記
出願特許明細書） 即ち、ρ＝Ｋ3Ｈ （Ｋ3：定数） （３） μ＝Ｋ4／Ｈ （Ｋ4：定数） （４） Ｃｐ＝Ｋ5／Ｈ（Ｋ5：定数） （５） であり、（１）乃至（５）で熱式流量計の出力Ｖを一定
とすると Ｈ＝ＫΔＰ （Ｋ：定数） （６） が得られる。
【００１２】コントロールバルブ５は熱式流量計６の出
力を一定の値にするため燃料ガスの流量を制御する弁装
置であり、演算器１２の設定値に基づいてＰＩＤ制御器
１３を介して駆動される。また、層流流量計７の差圧Δ
Ｐは差圧伝送器８で測定され、燃料ガス流路１の温度Ｔ
および、絶対圧力Ｐを各々温度計９、絶対圧力計１０で
検知し、演算器１２で体積流量Ｑが演算される。前記演
算器１２においては、式（１）乃至（６）に基づいて燃
料ガスの熱量Ｈが演算されて出力し表示されるが、更に
前記熱量Ｈに対し、ガス検知器１１より検知されたガス
濃度に応じて熱量Ｈの補正が演算される。
力を一定の値にするため燃料ガスの流量を制御する弁装
置であり、演算器１２の設定値に基づいてＰＩＤ制御器
１３を介して駆動される。また、層流流量計７の差圧Δ
Ｐは差圧伝送器８で測定され、燃料ガス流路１の温度Ｔ
および、絶対圧力Ｐを各々温度計９、絶対圧力計１０で
検知し、演算器１２で体積流量Ｑが演算される。前記演
算器１２においては、式（１）乃至（６）に基づいて燃
料ガスの熱量Ｈが演算されて出力し表示されるが、更に
前記熱量Ｈに対し、ガス検知器１１より検知されたガス
濃度に応じて熱量Ｈの補正が演算される。
【００１３】燃料ガス中に、水素ガス又は炭酸ガスが含
まれると前述の熱量と密度との比例定数に変化を与え
る。ガス検知器１１は、前記ガス濃度に応じて熱量を補
正するためのセンサであるから、前記ガスの濃度に応じ
た信号を出力するものであれば、検出方法は問わない。
例えば、周知のガス検知器には、測定気体の比例伝導率
（空気基準）の相異を利用して基準となる気体と伝導率
を比較する熱伝導形ガス検知器とか、光の屈折率を利用
して基準気体との間にモアレ縞を形成し、該モアレ縞の
縞密度からガス濃度を検知する光干渉ガス濃度計等があ
る。これらのガス濃度に基づいて燃料ガス熱量を補正す
ることにより高精度の燃料ガス熱量を検知することがで
きる。
まれると前述の熱量と密度との比例定数に変化を与え
る。ガス検知器１１は、前記ガス濃度に応じて熱量を補
正するためのセンサであるから、前記ガスの濃度に応じ
た信号を出力するものであれば、検出方法は問わない。
例えば、周知のガス検知器には、測定気体の比例伝導率
（空気基準）の相異を利用して基準となる気体と伝導率
を比較する熱伝導形ガス検知器とか、光の屈折率を利用
して基準気体との間にモアレ縞を形成し、該モアレ縞の
縞密度からガス濃度を検知する光干渉ガス濃度計等があ
る。これらのガス濃度に基づいて燃料ガス熱量を補正す
ることにより高精度の燃料ガス熱量を検知することがで
きる。
【００１４】
【効果】以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、燃料ガスの熱量を簡易な熱式流量計と層流流量計等
とからなる流量計を用いて構成し、更に、該熱量計を構
成するための関係式に影響を与える特定のガスのガス濃
度を検知して補正を加えるため簡易で高精度な熱量計を
提供できる。
ば、燃料ガスの熱量を簡易な熱式流量計と層流流量計等
とからなる流量計を用いて構成し、更に、該熱量計を構
成するための関係式に影響を与える特定のガスのガス濃
度を検知して補正を加えるため簡易で高精度な熱量計を
提供できる。
【図１】 本発明の熱量計における一実施例を説明する
ための構成ブロック図である。
ための構成ブロック図である。
１…燃料ガス流路、２…減圧弁、３…フィルタ、４…圧
力計、５…コントロールバルブ、６…熱式流量計、７…
層流流量計、８…差圧伝送器、９…温度計、１０…絶対
圧力計、１１…ガス検知器、１２…演算器（表示器
付）、１３…ＰＩＤ（比例、積分、微分）制御器。
力計、５…コントロールバルブ、６…熱式流量計、７…
層流流量計、８…差圧伝送器、９…温度計、１０…絶対
圧力計、１１…ガス検知器、１２…演算器（表示器
付）、１３…ＰＩＤ（比例、積分、微分）制御器。
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料ガスの流路に、該燃料ガスの質量流
量信号を出力する熱式流量計と、該熱式流量計の出力を
一定とするように流量を制御する制御手段と、前記燃料
ガスの温度と圧力とを検知し標準状態における体積流量
を差圧信号として出力する層流流量計と、前記燃料ガス
に含まれる特定のガス濃度に応じたガス濃度信号を出力
するガス検知器とを直列に接続し、前記燃料ガスの熱量
を前記差圧信号の逆数に比例して演算し、演算した熱量
を前記ガス濃度信号に基づいて補正する演算器とから構
成したことを特徴とする熱量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3335696A JP2534418B2 (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 熱量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3335696A JP2534418B2 (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 熱量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05142066A JPH05142066A (ja) | 1993-06-08 |
| JP2534418B2 true JP2534418B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=18291468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3335696A Expired - Fee Related JP2534418B2 (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 熱量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2534418B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1164361A1 (de) * | 2000-06-14 | 2001-12-19 | Abb Research Ltd. | Gaszähler |
| JP5184983B2 (ja) * | 2007-07-19 | 2013-04-17 | 理研計器株式会社 | 熱量測定方法および熱量測定装置 |
| CN104034751A (zh) * | 2014-06-11 | 2014-09-10 | 中国计量学院 | 基于pid控制的封闭腔内的自然对流传热装置及其使用方法 |
| CN105466605A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-04-06 | 北京京源水仪器仪表有限公司 | 一种工作状态可监测的热量表及其监测方法 |
-
1991
- 1991-11-25 JP JP3335696A patent/JP2534418B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05142066A (ja) | 1993-06-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |