JP6770622B1

JP6770622B1 - 熱量計、熱量計測方法

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Publication number: JP6770622B1
Application number: JP2019173210A
Authority: JP
Inventors: 辰志南; 香那子倉橋; 尚史小澤; 奥野　辰行; 辰行奥野; 良春名川
Original assignee: Yazaki Energy System Corp; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Yazaki Energy System Corp; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2019-09-24
Filing date: 2019-09-24
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2039-09-24
Also published as: JP2021050971A; WO2021060186A1

Abstract

【課題】質量流量を一定としたガスの熱量を求める場合と比して、求める熱量の精度を向上させることができる熱量計、及び熱量計測方法を得る。【解決手段】熱量計１０は、ガスを触媒燃焼させる燃焼部２０と、ガスを燃焼部２０に供給する供給部５０と、ガスの熱量を導出する導出部及び各部を制御する制御部を備えた情報処理部７８とを備えている。供給部５０は、予め決められた体積のガスを燃焼部２０に供給する。導出部は、供給部５０によって供給されたガスが燃焼部２０で触媒燃焼することで上昇した燃焼部の温度によってガスの熱量を導出する。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスの熱量を測定する熱量計、及び熱量計測方法に関するものである。

特許文献１に記載の熱量計では、加熱素子によって加熱された酸化触媒の近傍に、ガス導入管によってガスが導入され、導入されたガスは、触媒燃焼する。そして、酸化触媒の周囲に設けられた蓄熱部の上昇温度ΔＴを測定することで、ガスの熱量が求められる。ここで、ガスの導入については、計測原理上、体積流量の制御が必要であるが、一般的に高精度な気体の体積流量制御は困難であることから、質量流量の制御で代替せざるを得ず、実際には質量流量が制御されたガスが、ガス導入管によって導入されている。

特開２０１５−８７１６５号公報

従来の熱量計では、質量流量を一定としたガスが触媒燃焼することで蓄熱部の温度が上昇し、この上昇した蓄熱部の温度を測定することで、ガスの熱量が求められる。質量流量を一定としたガスの熱量を求める方式では、例えば、ガスの成分が変化するとガスの体積流量がばらついてしまい、求める熱量の精度が低かった。

本発明の課題は、質量流量を一定としたガスの熱量を求める場合と比して、求める熱量の精度を向上させることである。

第１態様に係る熱量計は、ガスを触媒燃焼させる燃焼部と、予め決められた体積のガスを前記燃焼部に供給する供給部と、前記供給部によって供給されたガスが前記燃焼部で触媒燃焼することで上昇した前記燃焼部の温度によってガスの熱量を導出する導出部と、を備えることを特徴とする。

この構成によると、供給部が、予め決められた体積のガスを燃焼部に供給し、導出部は、供給部から供給されたガスが燃焼部で加熱されて触媒燃焼することで上昇した燃焼部の上昇温度ΔＴによってガスの熱量を導出する。

このため、例えばガスの成分の変化が生じた場合であっても、触媒部で燃焼するガスの量を体積として一様に決めることができるので、質量流量を一定としたガスの熱量を求める場合と比して、求める熱量の精度を向上させることができる。

第２態様に係る熱量計は、第１態様に記載の熱量計において、前記供給部は、予め決められた容積の計量管と、前記計量管へガスを流す流し状態と、前記計量管へのガスの流れを遮断して前記計量管にガスを保持させる保持状態と、前記計量管に空気を流して前記計量管に保持されたガスを押し出して前記燃焼部へ供給する供給状態とに、流路を切り替えるガス供給バルブと、を備えることを特徴とする。

この構成によると、供給バルブでは、計量管へガスを流した後、計量管へのガスの流れを遮断して計量管にガスを保持させる。さらに、計量管に空気を流して計量管に保持されたガスを押し出して燃焼部へ供給する。

このように、容積一定の計量管に一旦ガスを保持させることで、予め決められた体積のガスを燃焼部に供給することができる。

第３態様に係る熱量計は、第２態様に記載の熱量計において、前記計量管に保持されたガスの温度を検知する温度センサと、前記計量管に保持されたガスの圧力を検知する圧力センサと、を備え、前記導出部は、前記温度センサの検知結果、及び前記圧力センサの検知結果を用いて、前記供給部によって供給されたガスの体積を補正し、ガスの熱量を導出することを特徴とする。

この構成によると、熱量計では、導出部は、温度センサの検知結果、及び圧力センサの検知結果を用いて、供給部によって供給されたガスの体積を補正する。さらに、導出部は、補正された体積のガスが触媒燃焼することで上昇する燃焼部の温度によってガスの熱量を導出する。

このため、熱量計が温度センサ及び圧力センサを備えていない場合と比して、求める熱量の精度を向上させることができる。

第４態様に係る熱量計は、第１〜３態様の何れか１態様に記載の熱量計において、前記供給部は、ガスを前記燃焼部に周期的に供給し、前記燃焼部は、周期的に供給されたガスを触媒燃焼させ、前記導出部は、触媒燃焼することで上昇した前記燃焼部の温度によってガスの熱量を周期的に導出することを特徴とする。

この構成によると、供給部は、周期的にガスを燃焼部に供給し、燃焼部は、周期的に供給されたガスを触媒燃焼させる。さらに、導出部は、触媒燃焼することで上昇した上昇温度によってガスの熱量を周期的に導出する。このように、熱量計では、継続的（間欠的）にガスの熱量を導出することができる。

第５態様に係る熱量計測方法は、予め決められた容積の計量管にガスを流す流し工程と、前記流し工程の後、前記計量管へのガスの流れを遮断して前記計量管にガスを保持させる保持工程と、前記保持工程で前記計量管に保持されたガスを押し出す押出工程と、前記押出工程で押し出されたガスを触媒燃焼させる燃焼工程と、前記燃焼工程により上昇した温度によってガスの熱量を導出する導出工程と、を備えることを特徴とする。

この構成によると、保持工程で、計量管へのガスの流れを遮断して計量管にガスが一旦保持される。さらに、押出工程で、保持工程で計量管に保持されたガスを押し出し、燃焼工程で、押出工程で押し出されたガスを触媒燃焼させる。このように、燃焼工程で、予め決められた体積のガスを触媒燃焼させることで、質量流量を一定としたガスの熱量を求める場合と比して、求める熱量の精度を向上させることができる。

第６態様に係る熱量計測方法は、第５態様に記載の熱量計測方法において、前記流し工程、前記保持工程、前記押出工程、前記燃焼工程、及び前記導出工程を、この順番で周期的に実施することを特徴とする。

この構成によると、流し工程、保持工程、押出工程、燃焼工程、及び導出工程は、この順番で周期的に実施される。これにより、熱量計測方法では、継続的（間欠的）にガスの熱量を導出することができる。

本態様では、質量流量を一定としたガスの熱量を求める場合と比して、求める熱量の精度を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る熱量計を示した構成図である。本発明の第１実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。本発明の第１実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。本発明の第１実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。本発明の第１実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。本発明の第１実施形態に係る熱量計に備えられた情報処理部を示した構成図である。本発明の第１実施形態に係る熱量計に備えられた燃焼部よって検知される温度と時間との関係をグラフで示した図面である。本発明の第１実施形態に係る熱量計に備えられた導出部に予め入力された上昇温度と熱量との関係をグラフで示した図面である。（Ａ）（Ｂ）本発明の第１実施形態に係る熱量計を用いて導出された熱量、及び本発明の実施形態に対する比較形態に係る熱量計を用いて検知されたガスの流量を表で示した図面である。本発明の第１実施形態に対する比較形態に係る熱量計を示した構成図である。本発明の第２実施形態に係る熱量計を示した構成図である。本発明の第２実施形態に係る熱量計に備えられた情報処理部を示した構成図である。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る熱量計、及び熱量計測方法の一例について図１〜図１０に従って説明する。本実施形態の熱量計は、ガスの熱量を計測するために用いるものである。なお、図中に示す矢印ＵＰは鉛直方向の上方を示す。

（熱量計１０の全体構成）
熱量計１０は、図１に示されるように、例えば鉛直方向に延びるガス管２００に取り付けられている。ガス管２００は、一例として、都市ガスの工場からガスを送出するために用いられる配管である。

熱量計１０は、ガスを触媒燃焼させる燃焼部２０と、ガスを燃焼部２０に供給する供給部５０と、ガスの熱量を導出する導出部８０及び各部を制御する制御部９０を備えた情報処理部７８（図６参照）とを備えている。

なお、「熱量」とは、ガスの単位体積当たりの熱エネルギーであって、単位については、〔ＭＪ／Ｎｍ^３〕を用いることがある。

〔燃焼部２０〕
燃焼部２０は、検知部蓄熱材２４と、検知部加熱素子２８を有する検知部触媒３０と、検知部熱電対３４と、ガス導入管３６と、加熱回路部３８とを備えている。

-検知部触媒３０-
検知部触媒３０は、一例として、球状に固められた酸化触媒であり、Ｐｔ系触媒、Ｐｄ系触媒などを用いることができる。検知部触媒３０には、検知部加熱素子２８が設けられており、この検知部加熱素子２８は、電気体であって、加熱回路部３８に流れる電流によって発熱する。

-検知部蓄熱材２４-
検知部蓄熱材２４は、検知部触媒３０を上方及び側方から囲うように配置されている。この検知部蓄熱材２４には、アルミなどの熱伝導率が高い金属材料などを用いることができる。これにより、検知部蓄熱材２４は、検知部触媒３０で発生した熱量を間接的に把握するために、この発生した熱を蓄熱するようになっている。なお、検知部蓄熱材２４の形状については、検知部触媒３０の周囲を全て覆うような中空の球形状としてもよい。

-検知部熱電対３４-
検知部熱電対３４は、検知部蓄熱材２４の温度を検知するために、検知部蓄熱材２４に設けられている。なお、検知部熱電対３４については、検知部触媒３０の内部に設けられてもよい。

-ガス導入管３６-
ガス導入管３６は、検知部蓄熱材２４によって囲まれた空間と、供給部５０の後述する六方バルブ５２とを連結するように配置されている。ガス導入管３６の一端は、検知部蓄熱材２４を貫通し、検知部触媒３０側に開口し、ガス導入管３６の他端は、六方バルブ５２のポート５２ｅに連結されている。

-加熱回路部３８-
加熱回路部３８は、電源３８ａを有し、電源３８ａによって予め定められた電圧が印加されることで、前述したように、検知部加熱素子２８に電流が流れ、検知部加熱素子２８が発熱するようになっている。

この構成において、燃焼部２０では、供給部５０から供給されたガスが、検知部加熱素子２８によって加熱されている検知部触媒３０によって触媒燃焼して発熱し、検知部蓄熱材２４は、検知部触媒３０で発生した熱を蓄熱する。そして、検知部熱電対３４は、検知部蓄熱材２４の温度を検知する。なお、検知部熱電対３４については、検知部触媒３０の温度を検知してもよい。

〔供給部５０〕
供給部５０は、図１に示されるように、六方バルブ５２と、測定対象であるガスを六方バルブ５２に供給する（サンプリングする）ガス供給部５６と、六方バルブ５２からガスを排出するガス排出部６０と、測定対象であるガスを計量する計量部６４とを備えている。さらに、供給部５０は、キャリアガスである空気を六方バルブ５２に供給するキャリアガス供給部６６を備えている。

-六方バルブ５２-
六方バルブ５２は、６個のポート５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ、５２ｆを有し、これらの、ポート５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ、５２ｆ間の連結は、制御部９０（図６参照）によって制御されるようになっている。六方バルブ５２は、供給バルブの一例である。

ポート５２ａは、ガス供給部５６に連結され、ポート５２ｂは、ガス排出部６０と連結されている。さらに、ポート５２ｃは、計量部６４の一端と連結され、ポート５２ｄは、計量部６４の他端と連結されている。

また、ポート５２ｅは、前述したように、ガス導入管３６の他端に連結され、ポート５２ｆは、キャリアガス供給部６６に連結されている。

-ガス供給部５６-
ガス供給部５６は、ポート５２ａとガス管２００とを連結するサンプリング管５６ａと、サンプリング管５６ａの流路を開閉する弁５６ｂとを備えている。この構成において、この弁５６ｂは、制御部９０によって制御され、サンプリング管５６ａの流路を開閉する。

-ガス排出部６０-
ガス排出部６０は、ガスを大気に排出する排出口６０ａと、排出口６０ａとポート５２ｂとを連結する連結管６０ｂと、連結管６０ｂの流路を開閉する弁６０ｃとを備えている。

-計量部６４-
計量部６４は、一方向に延びている円筒状で予め決められた容積の計量管６４ａと、計量管６４ａの長手方向の一端に連結された連結管６４ｂと、計量管６４ａの長手方向の他端に連結された連結管６４ｃとを有している。具体的には、連結管６４ｂの一端は、計量管６４ａに連結され、連結管６４ｂの他端は、ポート５２ｄに連結されている。さらに、連結管６４ｃの一端は、計量管６４ａに連結され、連結管６４ｃの他端は、ポート５２ｃに連結されている。本実施形態では、一例として計量管６４ａの容積は、一例として、０．５〔ｍｌ〕である。

-キャリアガス供給部６６-
キャリアガス供給部６６は、一端がポート５２ｆに連結され、他端が大気に開放された空気管６６ａと、空気管６６ａの途中に設けられ空気管６６ａから六方バルブ５２へキャリアガスとしての空気を供給するポンプ６６ｂとを備えている。さらに、キャリアガス供給部６６は、空気管６６ａにおいてポート５２ｆとポンプ６６ｂとの間に設けられたＭＦＣ６６ｃ（マスフローコントローラー）を備えている。なお、本実施形態では、ＭＦＣ６６ｃ（マスフローコントローラー）を備えたが、流体の流量を制御する装置であればよい。

この構成において、図６に示す制御部９０による各部の制御によって、供給部５０は、四つの状態に切り替えられる。具体的には、図２に示されるように、弁５６ｂによってサンプリング管５６ａの流路が閉塞され、弁６０ｃによって連結管６０ｂの流路が閉塞されている。さらに、ポンプ６６ｂは、停止している。これにより、供給部５０は、停止状態となる。停止状態では、六方バルブ５２にはガスが流れていない。

図３に示されるように、ポート５２ａとポート５２ｄとが連結され、ポート５２ｂとポート５２ｃとが連結され、かつ、ポート５２ｅとポート５２ｆとが連結されている状態にて、弁５６ｂによってサンプリング管５６ａの流路が開放され、弁６０ｃによって連結管６０ｂの流路が開放され、ポンプ６６ｂが稼働する。これにより、供給部５０は、流し状態となる。

流し状態では、図３の太線に示されるように、ガス管２００を流れるガスが、サンプリング管５６ａの弁５６ｂを介して六方バルブ５２のポート５２ａ、５２ｄを経由し、連結管６４ｂ、計量管６４ａ及び連結管６４ｃを流れる。さらに、連結管６４ｃを流れたガスが、六方バルブ５２のポート５２ｃ、５２ｂを経由して、連結管６０ｂの弁６０ｃを介して排出口６０ａから排出される。さらに、稼働するポンプ６６ｂによって、空気が、空気管６６ａを流れ、ポート５２ａ、５２ｄを経由して、燃焼部２０へ供給される。

さらに、流し状態の後、図４に示されるように、弁５６ｂによってサンプリング管５６ａの流路が閉塞される。これにより、供給部５０は、保持状態となる。

保持状態では、図４の太線に示されるように、計量管６４ａに予め決められた体積のガスが充填されており、弁５６ｂによってサンプリング管５６ａの流路が閉塞され、弁６０ｃによってガス排出部が開放されていることによって、計量管６４ａの圧力は大気圧の状態となっている。換言すれば、計量管６４ａに予め決められた体積のガスが保持されている。

さらに、保持状態の後、図５に示されるように、ポート５２ａとポート５２ｄとの連結が解除され、ポート５２ｃとポート５２ｂとの連結が解除され、ポート５２ａとポート５２ｂとが連結され、ポート５２ｃとポート５２ｆとが連結され、かつ、ポート５２ｄとポート５２ｅとが連結される。これにより、供給部５０は、供給状態となる。

供給状態では、図５の太線に示されるように、稼働するポンプ６６ｂによって空気管６６ａを流れる空気が、六方バルブ５２のポート５２ｆ、５２ｃを経由し、連結管６４ｃ、計量管６４ａ及び連結管６４ｂを流れる。さらに、連結管６４ｂを流れたガスが、ポート５２ｄ、５２ｅを経由して、燃焼部２０へ供給される。

このようにして、計量管６４ａに空気を流して計量管６４ａに保持されたガスを押し出して、燃焼部２０へ供給する。換言すれば、供給部５０によって、燃焼部２０に予め決められた体積のガスが供給される。本実施形態では、計量管６４ａに保持されたガスを押し出す空気の流速は、一例として、１２０〔ｍｌ／ｍｉｎ〕である。

〔情報処理部７８〕
情報処理部７８は、図６に示されるように、ガスの熱量を導出する導出部８０と、各部を制御する制御部９０とを備えている。

-制御部９０-
制御部９０は、各部を制御して熱量計１０を稼働させる。制御部９０による各部の制御については、後述する作用と共に説明する。

-導出部８０-
導出部８０は、検知部熱電対３４によって検知された温度に基づいてガスの熱量を導出する。

具体的には、導出部８０には、ガスの熱量と、ガスの触媒燃焼によって上昇した検知部蓄熱材２４の上昇温度ΔＴとの関係が予め記録されている。図８に示すグラフの横軸は、上昇温度ΔＴとされ、縦軸は、ガスの熱量とされている。このように、ガスの熱量は、上昇温度ΔＴに比例して大きくなる。導出部８０には、この関係が入力されている。

また、上昇温度ΔＴについては、導出部８０が、検知部熱電対３４によって検知された温度に基づいて算出する。図７に示すグラフの横軸は、経過時間とされ、縦軸は、検知部熱電対３４によって検知された温度とされている。導出部８０は、このグラフに示されるように、検知部熱電対３４によって検知される温度をモニタリングし、ガスの触媒燃焼によって上昇した上昇温度ΔＴを算出する。

この構成において、導出部８０は、検知部熱電対３４によって検知される温度をモニタリングすることで算出された上昇温度ΔＴ（ピーク値）によって、ガスの熱量を導出する。

（作用）
次に、熱量計１０の作用について、比較形態に係る熱量計２１０と共に説明する。比較形態に係る熱量計２１０については、熱量計１０と異なる部分を主に説明する。先ず、熱量計２１０の構成について説明する。

〔熱量計２１０の構成〕
熱量計２１０は、図１０に示されるように、燃焼部２０と、ガスを燃焼部２０に供給する供給部２５０と、情報処理部２７８とを備えている。

供給部２５０は、ガス管２００と燃焼部２０とを連結する連結管２２０と、燃焼部２０でガスが燃焼するための空気（酸素）を供給する供給管２３０とを備えている。連結管２２０には、ＭＦＣ２２４が、ガス管２００側から燃焼部２０側へこの順番で設けられている。供給管２３０の一端は、連結管２２０においてＭＦＣ２２４と燃焼部２０との間の部分に連結されており、供給管２３０には、ポンプ２３２及びＭＦＣ２３４が、供給管２３０の他端側から一端側へこの順番で設けられている。

また、情報処理部２７８は、各部を制御する制御部２９０と、ガスの熱量を導出する導出部２８０とを備えている。

〔熱量計１０、２１０の作用〕
次に、熱量計１０、２１０を用いて、ガス管２００に流れるガスの熱量を測定する熱量計測方法について説明する。

-熱量計２１０の作用-
図１０に示す熱量計２１０では、供給部２５０によって燃焼部２０へ供給されたガスの熱量が測定される。

非稼働状態の熱量計２１０では、ポンプ２３２は、停止している。また、電源３８ａによって電圧が、加熱回路部３８に印加されていない。

熱量計２１０が稼働されると、制御部２９０は、ポンプ２３２を稼働させ、電源３８ａによって電圧を、加熱回路部３８に印加させる。これにより、ＭＦＣ２２４によって質量流量を一定としたガスが燃焼部２０へ供給され、ＭＦＣ２３４によって質量流量を一定とした空気が燃焼部２０へ供給される。

このように、質量流量を一定としたガス及び空気が、連続して燃焼部２０へ供給される。燃焼部２０へ供給されたガスは、電源３８ａによって電圧が加熱回路部３８に印加されることで発熱した検知部加熱素子２８によって熱せられた検知部触媒３０（酸化触媒）により触媒燃焼する。

この燃焼により検知部触媒３０の温度が上昇し、それに伴って検知部蓄熱材２４の温度も上昇する。また、検知部熱電対３４によって、検知部蓄熱材２４の温度が測定される。そして、検知部熱電対３４によって測定された検知部蓄熱材２４の温度に基づいて、導出部２８０が、ガスの熱量を導出する。

ここで、熱量計２１０の燃焼部２０へ供給される体積流量を測定したため、この測定結果について説明する。

図１０に示す熱量計２１０では、ＭＦＣ２２４によって質量流量を一定としたガスが燃焼部２０へ供給される。つまり、熱量計２１０では、質量流量を一定としたガスの熱量が求められる。

ここで、図９（Ｂ）に示す表には、ＭＦＣ２２４によって燃焼部２０に供給されるガスの体積流量について測定した測定結果が示されている。ガスの体積流量については、連結管２２０において、供給管２３０が連結される部分と燃焼部２０との間で、湿式ガスメータを用いて測定した。

ガスの流量は、小流量であるため、先ず、ガスを供給せず、空気のみを供給して空気の体積流量を測定した、図９（Ｂ）に示す表のＮＯ１ａには、空気のみを３回流した場合の測定結果が示されている。空気のみの場合は、測定された３回の平均値は、９５．３５〔ｍｌ／ｍｉｎ〕であった。

図９（Ｂ）に示す表のＮＯ２ａには、ガスと空気とを３回流した場合の測定結果が示されている。ＮＯ２ａのガスは、成分等から算出された熱量が４５〔ＭＪ／Ｎｍ^３〕のガスである。ＮＯ２ａのガスと空気とを流した場合は、測定された３回の平均値は、９９．６５〔ｍｌ／ｍｉｎ〕であった。

また、ＮＯ２ａの夫々の測定値から空気の平均値を減じたガスのみの体積流量は、４．５０〔ｍｌ／ｍｉｎ〕、４．３５〔ｍｌ／ｍｉｎ〕、４．０５〔ｍｌ／ｍｉｎ〕であった。さらに、ガスのみの体積流量の平均値は、４．３０〔ｍｌ／ｍｉｎ〕であった。

図９（Ｂ）に示す表のＮＯ３ａには、ガスと空気とを３回流した場合の測定結果が示されている。ＮＯ３ａのガスは、成分等から算出された熱量が４０〔ＭＪ／Ｎｍ^３〕のガスである。ＮＯ３ａのガスと空気とを流した場合は、測定された３回の平均値は、１００．０９〔ｍｌ／ｍｉｎ〕であった。

また、ＮＯ３ａの夫々の測定値から空気の平均値を減じたガスのみの体積流量は、４．７３〔ｍｌ／ｍｉｎ〕、４．８２〔ｍｌ／ｍｉｎ〕、４．６６〔ｍｌ／ｍｉｎ〕であった。さらに、ガスのみの体積流量の平均値は、４．７４〔ｍｌ／ｍｉｎ〕であった。

この結果から、ＮＯ３ａのガスの体積流量は、ＮＯ２ａのガスの流量に対して、１０〔％〕程度異なってしまう。つまり、熱量計２１０では、ガスの種類が異なることで、体積流量が、１０〔％〕程度異なってしまう。

また、ガスの体積流量と燃焼部２０で測定される温度上昇とは比例する。このため、ガスの体積流量と測定されるガスの熱量とも比例する。つまり、熱量計２１０では、測定されるガスの熱量は、成分等から算出されたガスの熱量（真の熱量）に対して１０〔％〕程度誤差が生じてしまう。

-熱量計１０の作用-
図１に示す熱量計１０では、供給部５０によって燃焼部２０へ供給されたガスの熱量が測定される。

非稼働状態の熱量計１０では、弁５６ｂによってサンプリング管５６ａの流路が閉塞されている。さらに、ポンプ６６ｂは、停止しており、電源３８ａによって電圧が加熱回路部３８に印加されていない。これにより、図２に示されるように、六方バルブ５２には、ガスが流れていない。

熱量計１０が稼働されると、制御部９０による各部の制御によって、図３に示されるように、ポート５２ａとポート５２ｄとが連結され、ポート５２ｂとポート５２ｃとが連結され、かつ、ポート５２ｅとポート５２ｆとが連結される。

この状態で、弁５６ｂによってサンプリング管５６ａの流路が開放され、弁６０ｃによって連結管６０ｂの流路が開放され、ポンプ６６ｂが稼働する。さらに、ポンプ６６ｂが稼働し、電源３８ａによって電圧が加熱回路部３８に印加される。

これにより、ガス管２００を流れるガスは、サンプリング管５６ａを流れ、ポート５２ａ、５２ｄを経由して、連結管６４ｂ、計量管６４ａ及び連結管６４ｃをこの順番で流れた後、ポート５２ｃ、５２ｂを経由して、連結管６０ｂを流れて排出口６０ａから排出される（流し工程）。このように計量管６４ａにガスを流す工程を一般にチャージングという。

さらに、キャリアガスである空気は、稼働するポンプ６６ｂによって空気管６６ａを流れ、ポート５２ａ、５２ｄを経由して、燃焼部２０へ供給される。

そして、ガスが排出口６０ａから排出されると、制御部９０による各部の制御によって、図４に示されるように、弁５６ｂによってサンプリング管５６ａの流路が閉塞されている。これより、供給部５０は、保持状態となり、保持状態では、図４の太線に示されるように、計量管６４ａに予め決められた体積のガスが充填されており、弁５６ｂによってサンプリング管５６ａの流路が閉塞され、弁６０ｃによってガス排出部が開放されていることによって、計量管６４ａの圧力は大気圧の状態となっている。換言すれば、計量管６４ａに予め決められた体積のガスが保持される（保持工程）。

さらに、計量管６４ａにガスが充填されると、制御部９０による各部の制御によって、図５に示されるように、ポート５２ａとポート５２ｄとの連結が解除され、ポート５２ｃとポート５２ｂとの連結が解除され、ポート５２ａとポート５２ｂとが連結され、ポート５２ｃとポート５２ｆとが連結され、かつ、ポート５２ｄとポート５２ｅとが連結される。

これにより、空気が、空気管６６ａを流れ、ポート５２ｆ、５２ｃを経由して、連結管６４ｃ、計量管６４ａ及び連結管６４ｂをこの順番で流れた後、ポート５２ｄ、５２ｅを経由して、燃焼部２０へ供給される。このようにして、空気を、チャージング時とは逆方向に流すことで、計量管６４ａに充填された予め決められた体積のガスが空気によって押し出され、ポート５２ｄ、５２ｅを経由して燃焼部２０のガス導入管３６へ流れる。このように、計量管６４ａに空気を流して計量管６４ａに充填されたガスを押し出して、燃焼部２０へ供給する（押出工程）。

ガス導入管３６を流れるガスは、電源３８ａによって電圧が加熱回路部３８に印加されることで発熱した検知部加熱素子２８によって熱せられた検知部触媒３０（酸化触媒）により触媒燃焼する（燃焼工程）。

この燃焼により検知部触媒３０の温度が上昇し、それに伴って検知部蓄熱材２４の温度も上昇する。そして、検知部熱電対３４によって、検知部蓄熱材２４の温度が検知される。

図６に示す導出部８０は、検知部熱電対３４によって検知された温度をモニタリングし、ガスの触媒燃焼によって上昇した検知部蓄熱材２４の上昇温度ΔＴ（図７参照）を導出する。さらに、導出部８０は、導出された上昇温度ΔＴと、予め入力されているガスの熱量と上昇温度ΔＴとの関係とから、ガスの熱量を導出する（導出工程）。

このような、工程を繰り返すことで、供給部５０は、周期的にガスを燃焼部２０に供給し、燃焼部２０は、周期的に供給されたガスを触媒燃焼させる。さらに、導出部８０は、触媒燃焼することで上昇した上昇温度ΔＴによってガスの熱量を周期的に導出する。換言すれば、流し工程、保持工程、押出工程、燃焼工程、及び導出工程は、この順番で周期的に実施される。

ここで、図９（Ａ）には、熱量計１０を用いて三種類のガスの熱量を測定した測定結果と、三種類のガスの成分等から算出した熱量（真の熱量）とが表で示されている。

先ず、夫々のガスについて、夫々１０回程度、上昇温度ΔＴを測定し、その平均値と、１０回程度の測定のばらつきから導出された２σを平均値から減じた値と、２σを平均値に加えた値とを導出した。さらに、導出された値と、予め入力されているガスの熱量と上昇温度ΔＴとの関係とから、ガスの熱量を導出した。

図９（Ａ）に示す表のＮＯ１ｂのガスでは、１０回の上昇温度ΔＴの平均値は、１４１．８９〔℃〕で、２σを平均値から減じた値は１４１．２１℃で、２σを平均値に加えた値は、１４２．５７〔℃〕であった。さらに、上昇温度ΔＴが、１４１．２１〔℃〕の場合に、予め入力されているガスの熱量と上昇温度ΔＴとの関係とから導出されるガスの熱量は、３９．８７〔ＭＪ／Ｎｍ^３〕で、上昇温度ΔＴが、１４２．５７〔℃〕の場合に、予め入力されているガスの熱量と上昇温度ΔＴとの関係とから導出されるガスの熱量は、４０．００〔ＭＪ／Ｎｍ^３〕であった。

そして、導出されたガスの熱量（３９．８７〔ＭＪ／Ｎｍ^３〕と４０．００〔ＭＪ／Ｎｍ^３〕）は、ガスの成分等から算出した真の熱量（３９．９４〔ＭＪ／Ｎｍ^３〕）に対して、０．１７〔％〕程度異なる。

図９（Ａ）に示す表のＮＯ２ｂのガスでは、１０回の上昇温度ΔＴの平均値は、１６８．７５〔℃〕で、２σを平均値から減じた値は１６７．８２℃で、２σを平均値に加えた値は、１６９．６８〔℃〕であった。さらに、上昇温度ΔＴが、１６７．８２〔℃〕の場合に、予め入力されているガスの熱量と上昇温度ΔＴとの関係とから導出されるガスの熱量は、４２．４１〔ＭＪ／Ｎｍ^３〕で、上昇温度ΔＴが、１６９．６８〔℃〕の場合に、予め入力されているガスの熱量と上昇温度ΔＴとの関係とから導出されるガスの熱量は、４２．５９〔ＭＪ／Ｎｍ^３〕であった。

そして、導出されたガスの熱量（４２．４１〔ＭＪ／Ｎｍ^３〕と４２．５９〔ＭＪ／Ｎｍ^３〕）は、ガスの成分等から算出した真の熱量（４２．５１〔ＭＪ／Ｎｍ^３〕）に対して、０．２３〔％〕程度異なる。

図９（Ａ）に示す表のＮＯ３ｂのガスでは、１０回の上昇温度ΔＴの平均値は、１９５．５９〔℃〕で、２σを平均値から減じた値は１９４．６２℃で、２σを平均値に加えた値は、１９６．５７〔℃〕であった。さらに、上昇温度ΔＴが、１９４．６２〔℃〕の場合に、予め入力されているガスの熱量と上昇温度ΔＴとの関係とから導出されるガスの熱量は、４４．９７〔ＭＪ／Ｎｍ^３〕で、上昇温度ΔＴが、１９６．５７〔〔℃〕の場合に、予め入力されているガスの熱量と上昇温度ΔＴとの関係とから導出されるガスの熱量は、４５．１６〔ＭＪ／Ｎｍ^３〕であった。

そして、導出されたガスの熱量（４４．９７〔ＭＪ／Ｎｍ^３〕と４５．１６〔ＭＪ／Ｎｍ^３〕）は、ガスの成分等から算出した真の熱量（４５．０７〔ＭＪ／Ｎｍ^３〕）に対して、０．２２〔％〕程度異なる。

このように、熱量計１０では、測定される熱量は、２σの測定のばらつきを考慮したとしても、ガスの成分等から算出された真の熱量に対して０．２３〔％〕程度のばらつきで収まる。

（まとめ）
以上説明したように、熱量計１０では、質量流量を一定としたガスの熱量を求める熱量計２１０を用いて熱量を測定する場合と比して、求める熱量の精度を向上させることができる。

また、熱量計１０では、計量管６４ａに充填（保持）されたガスが、キャリアガスとしての空気に押し出され、燃焼部２０へ供給される。このように、ガスを計量管６４ａに一旦保持させることで、予め決められた体積のガスを燃焼部２０に供給することができる。

また、熱量計１０では、供給部５０は、周期的にガスを燃焼部２０に供給し、燃焼部２０は、周期的に供給されたガスを触媒燃焼させる。さらに、導出部８０は、触媒燃焼することで上昇した上昇温度ΔＴによってガスの熱量を周期的に導出する。このように、熱量計１０では、継続的（間欠的）にガスの熱量を導出することができる。

また、熱量計測方法では、押出工程で、計量管６４ａに空気を流して計量管６４ａに一旦保持されたガスを押し出して燃焼部２０へ供給し、燃焼工程で、供給されたガスを触媒燃焼させる。これにより、熱量計測方法では、質量流量を一定としたガスの熱量を求める熱量計２１０の熱量計測方法と比して、求める熱量の精度を向上させることができる。

また、熱量計測方法では、流し工程、保持工程、押出工程、燃焼工程、及び導出工程は、この順番で周期的に実施される。このように、熱量計測方法では、継続的（間欠的）にガスの熱量を導出することができる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る熱量計、及び熱量計測方法の一例について図１１、図１２に従って説明する。なお、第２実施形態については、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

（構成）
第２実施形態に係る熱量計３１０は、図１１に示されるように、燃焼部２０と、ガスを燃焼部２０に供給する供給部３５０と、ガスの熱量を導出する導出部３８０、及び各部を制御する制御部９０を備えた情報処理部３７８（図１２参照）とを備えている。

〔供給部３５０〕
供給部３５０は、図１１に示されるように、六方バルブ５２と、ガス供給部５６と、ガス排出部６０と、測定対象であるガスを計量する計量部３６４と、キャリアガス供給部６６を備えている。

-計量部３６４-
計量部３６４は、計量管６４ａと、連結管６４ｂと、連結管６４ｃと、計量管６４ａに保持されたガスの状態を検知する検知部３６４ｄとを備えている。

検知部３６４ｄは、連結管６４ｂの途中の部分に配置されており、図１２に示されるように、計量管６４ａに保持されたガスの温度を検知する温度センサ３６６と、計量管６４ａに保持されたガスの圧力を測定する圧力センサ３６８とを備えている。

〔情報処理部３７８〕
情報処理部３７８は、図１２に示されるように、ガスの熱量を導出する導出部３８０と、各部を制御する制御部９０とを備えている。

-導出部３８０-
導出部３８０は、検知部熱電対３４によって検知された温度、温度センサ３６６によって検知されたガスの温度、及び圧力センサ３６８によって検知されたガスの圧力に基づいてガスの熱量を導出する。

具体的には、導出部３８０には、ガスの熱量と、ガスの触媒燃焼によって上昇した検知部蓄熱材２４の上昇温度ΔＴとの関係が予め記録されている。

また、上昇温度ΔＴについては、導出部３８０が、検知部熱電対３４によって検知された温度に基づいて算出する。

この構成において、導出工程で、導出部３８０は、温度センサ３６６によって検知されたガスの温度、及び圧力センサ３６８によって検知されたガスの圧力を用いて、計量管６４ａに保持されていたガスの体積を補正した上で、ガスの熱量を導出する。

例えば、導出工程で、導出部３８０は、温度センサ３６６によって検知されたガスの温度、及び圧力センサ３６８によって検知されたガスの圧力を用いて、計量管６４ａに保持されていたガスの体積を、予め定められた温度及び圧力の状態での体積に補正する。そして、導出部３８０は、補正された体積のガスが触媒燃焼することで上昇する検知部蓄熱材２４の上昇温度ΔＴによってガスの熱量を導出する。

（まとめ）
以上説明したように、熱量計３１０では、導出部３８０は、補正された体積のガスの触媒燃焼によって上昇した検知部蓄熱材２４の上昇温度ΔＴによってガスの熱量を導出する。このため、熱量計が温度センサ及び圧力センサを備えていない場合と比して、求めるガスの熱量の精度を向上させることができる。

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、計量管を用いて供給されるガスの体積を予め定められた体積としたが、例えば、予め決められた容積の計量管の中に保管されているガスを用いてガスの熱量を導出してもよい。

また、上記実施形態では、熱量計１０を用いることで、間欠的にガスの熱量が導出されたが、熱量計１０を用いて、ガスの熱量を１度だけ導出してもよい。

また、上記実施形態では、六方バルブ５２を用いて流路を切り替えたが、八方バルブでもよく、二方バルブの組み合わせでもよく、他のバルブであってもよい。

また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、熱量計１０を持ち運べるようにユニットとして、異なる場所でガスの熱量を導出することができるようにしてもよい。なお、この場合には、導出部８０、３８０、制御部９０を装置と別にして持ち運んでもよい。

また、上記第２実施形態では、特に説明しなかったが、計量管６４ａに保持されたガスの圧力を計測する圧力センサ３６８が配置される位置については、連結管６４ｂの途中の部分に限られることなく、計量管６４ａに保持されたガスの圧力を直接的、又は間接的に検知できる位置であればよい。計量管６４ａに保持されたガスの圧力が、大気圧の場合には、例えば、ガス管２００の内部を流れるガスの圧力を検知する圧力センサによって、計量管６４ａに保持されるガスの圧力を間接的に検知してもよい。

また、上記第２実施形態では、特に説明しなかったが、計量管６４ａに保持されたガスの温度を計測する温度センサ３６６が配置される位置については、連結管６４ｂの途中の部分に限られることなく、計量管６４ａに保持されたガスの温度を直接的、又は間接的に検知できる位置であればよい。例えば、連結管６０ｂ等に温度センサを配置して、計量管６４ａに保持されるガスの温度を間接的に検知してもよい。

１０熱量計
２０燃焼部
５０供給部
５２六方バルブ（供給バルブ）
６４ａ計量管
８０導出部
３１０熱量計
３５０供給部
３８０導出部

Claims

ガスを触媒燃焼させる燃焼部と、
予め決められた体積のガスを前記燃焼部に供給する供給部と、
前記供給部によって供給されたガスが前記燃焼部で触媒燃焼することで上昇した前記燃焼部の温度によってガスの熱量を導出する導出部と、
を備える熱量計であって、
前記供給部は、
予め決められた容積の計量管と、
前記計量管へガスを流す流し状態と、前記計量管へのガスの流れを遮断して前記計量管にガスを保持させる保持状態と、前記計量管に空気を流して前記計量管に保持されたガスを押し出して前記燃焼部へ供給する供給状態とに、流路を切り替えるガス供給バルブと、
を備える熱量計。
前記計量管に保持されたガスの温度を検知する温度センサと、
前記計量管に保持されたガスの圧力を検知する圧力センサと、を備え、
前記導出部は、前記温度センサの検知結果、及び前記圧力センサの検知結果を用いて、前記供給部によって供給されたガスの体積を補正し、ガスの熱量を導出する請求項１に記載の熱量計。
前記供給部は、ガスを前記燃焼部に周期的に供給し、
前記燃焼部は、周期的に供給されたガスを触媒燃焼させ、
前記導出部は、触媒燃焼することで上昇した前記燃焼部の温度によってガスの熱量を周期的に導出する請求項１又は２に記載の熱量計。
予め決められた容積の計量管にガスを流す流し工程と、
前記流し工程の後、前記計量管へのガスの流れを遮断して前記計量管にガスを保持させる保持工程と、
前記保持工程で前記計量管に保持されたガスを押し出す押出工程と、
前記押出工程で押し出されたガスを触媒燃焼させる燃焼工程と、
前記燃焼工程により上昇した温度によってガスの熱量を導出する導出工程と、
を備え、
前記計量管へガスを流す流し状態と、前記計量管へのガスの流れを遮断して前記計量管にガスを保持させる保持状態と、前記計量管に空気を流して前記計量管に保持されたガスを押し出してガスを触媒燃焼させる燃焼部へ供給する供給状態とに、流路を切り替えるガス供給バルブを用いて、前記流し工程と、前記保持工程と、前記押出工程とをそれぞれ行う熱量計測方法。
前記流し工程、前記保持工程、前記押出工程、前記燃焼工程、及び前記導出工程を、この順番で周期的に実施する請求項４に記載の熱量計測方法。