(57)【要約】      （修正有）【課題】連続測定を可能としつつも、小型化を図って設置の容易性を高めることができ、且つ、測定精度の低下を抑えることができる熱量計を提供する。【解決手段】熱量計は、燃料ガスを燃焼させたときの温度上昇に基づいて発熱量を求めるためのものであって、測定対象となる燃料ガスが流れる管材２５と、管材２５の内側に設けられ、燃料ガスを接触燃焼させるための触媒層２６と、触媒層２６が設けられる管材２５上の部位を加熱するコイル２７と、当該部位における温度に応じた信号を出力する温度測定部２８とを備える。【選択図】図２
2020160077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを燃焼させたときの温度上昇に基づいて発熱量を求めるための熱量計であって、
測定対象となる燃料ガスが流れる管材と、
前記管材の内側に設けられ、燃料ガスを接触燃焼させるための触媒層と、
前記触媒層が設けられる前記管材上の部位を加熱する発熱源と、
前記部位における温度に応じた信号を出力する温度測定手段と、
を備えることを特徴とする熱量計。
【請求項２】
前記発熱源は、前記触媒層が設けられる前記管材上の部位の前記管材外側に取り付けられ、電圧源からの電圧が印加されるヒータである
ことを特徴とする請求項１に記載の熱量計。
【請求項３】
前記管材のうち前記触媒層が設けられる部位、前記触媒層、前記発熱源及び前記温度測定手段を収納する保護容器を更に備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の熱量計。
【請求項４】
前記温度測定手段は、２つの熱電対によって構成され、１つが前記部位の前記管材外側に設けられた温接点として機能し、もう１つが前記部位と離間して設けられて基準温度接点となる冷接点として機能する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱量計。
【請求項５】
前記温度測定手段により測定された温度に基づいて発熱量を算出する発熱量算出手段をさらに備え、
前記発熱量算出手段は、前記管材の内側に燃料ガスが流通していない場合における前記温度測定手段により測定される温度の初期値と、前記管材の内側に燃料ガスが流通していない場合に新たに前記温度測定手段により測定される温度の値とを比較して変動量を算出し、前記管材の内側に燃料ガスが流通しているときに前記温度測定手段により測定された温度に対して前記変動量を加味したうえで発熱量を算出する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の熱量計。
【請求項６】
前記温度測定手段により測定された温度に基づいて発熱量を算出する発熱量算出手段をさらに備え、
前記発熱量算出手段は、前記管材の内側に燃料ガスが流通しているときに前記温度測定手段により測定された複数回分の温度の値のうち、最高値と最低値とを除く値の平均値に基づいて発熱量を算出する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の熱量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ユンカース式流水形ガス熱量計やガスクロマトグラフ法を用いた熱量計が知られている。ユンカース式流水形ガス熱量計は、燃料ガスの燃焼によって得られる燃焼熱で一定流速の流水を加熱し、流水の温度上昇と流量とから燃料ガスの発熱量を求めるものである。また、ガスクロマトグラフ法を用いた熱量計は、燃料ガスの組成成分をガスクロマトグラフを用いて測定し、測定で得られたそれぞれの濃度の成分に対して発熱量を乗じることで、燃料ガスの発熱量を求めるものである。しかし、ユンカース式流水形ガス熱量計及びガスクロマトグラフ法を用いた熱量計は、その原理上、連続した発熱量の測定が不可能であるという課題を有していた。
【０００３】
そこで、連続測定を可能とするものとして、速応形熱量計が提案されている。この速応形熱量計は、燃焼器に燃料ガスと空気とを送出し、燃焼器においてこれらを燃焼させたときの上昇温度、燃料ガスの流量、及び空気の流量から、演算により燃料ガスの発熱量を求めるものである（特許文献１参照）。このような構成であるため、燃料ガスと空気とを連続的に燃焼器に供給し、その温度を測定すれば発熱量を測定できるため、原理上、連続した計量が可能となる。
【０００４】
また、ガス密度式熱量計や熱伝導率式熱量計といった熱量計についても提案されている。ガス密度式熱量計は、燃料ガスの密度を求め、発熱量とガス密度とに相関があることを利用して、発熱量を求めるものである。また、熱伝導式熱量計は、燃料ガスの熱伝導率を求め、発熱量と熱伝導率とに相関があることを利用して、発熱量を求めるものである（特許文献２参照）。
【０００５】
また、触媒燃焼を用いた熱量計についても提案されている。この熱量計は、基準ガスと試料ガスとを固定容積のチャンバから触媒装置に向けて流し、その際に圧力変換器にて減少する圧力を検知してモル量流量を計算する。さらに、熱量計は、触媒装置内における燃焼熱も検知し、モル流量と燃焼熱とから発熱量を計算する（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４８４４３７７号公報
【特許文献２】特許第４８９０８７４号公報
【特許文献３】特表平１１−５０６５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の速応形熱量計は、もともと都市ガスの製造現場で使用することを想定されて作られたものであり燃焼部がある程度の大きさを有することから、全体として大型であり設置が容易ではない。また、ガス密度式熱量計や熱伝導率式熱量計（特許文献２に記載の熱量計）は空気成分が混入すると精度が悪くなるという問題を有しており、速応形熱量計ほどの測定精度を得ることが難しいものである。さらに、特許文献３に記載の触媒燃焼を用いた熱量計についても、燃焼部がある程度の大きさを有するものであり大型化が免れるものではない。
【０００８】
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その発明の目的とするところは、連続測定を可能としつつも、小型化を図って設置の容易性を高めることができ、且つ、測定精度の低下を抑えることができる熱量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の熱量計は、燃料ガスを燃焼させたときの温度上昇に基づいて発熱量を求めるための熱量計であって、測定対象となる燃料ガスが流れる管材と、前記管材の内側に設けられ、燃料ガスを接触燃焼させるための触媒層と、前記触媒層が設けられる前記管材上の部位を加熱する発熱源と、前記部位における温度に応じた信号を出力する温度測定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この熱量計によれば、管材と、管材内側にて燃料ガスを接触燃焼させるための触媒層と、触媒層が設けられる管材上の部位を加熱する発熱源とを備えるため、発熱源による発熱及び触媒層を利用した接触燃焼により燃料ガスを燃焼させることができる。このため、連続的に燃料ガスを流しながら発熱源による発熱及び触媒層を利用した接触燃焼により燃料ガスを燃焼させ続けることが可能となり、発熱量を連続測定することができる。また、上記構成であるため、燃料ガスの燃焼部として機能する部分は管径程度の大きさに収まり、例えば発熱源がコイルである場合にはコイルを含めた大きさも燃料ガスを流通させる流路より僅かに大きい程度とすることができるため、小型化が可能となる。しかも、燃料ガスを燃焼させたときの実際の温度上昇に基づいて発熱量を求めるため、成分分析等などを行う必要が無く、測定精度の低下を防止することができる。従って、連続測定を可能としつつも、小型化を図って設置の容易性を高めることができ、且つ、測定精度の低下を抑えることができる。
【００１１】
また、本発明の熱量計において、前記発熱源は、前記触媒層が設けられる前記管材上の部位の前記管材外側に取り付けられ、電圧源からの電圧が印加されるヒータであることが好ましい。
【００１２】
この熱量計によれば、発熱源は、触媒層が設けられる管材上の部位の管材外側に取り付けられたヒータであるため、管材外側に取り付けることができる程度の大きさのヒータにより、小型化を図って設置の容易性を高めることができる。
【００１３】
また、本発明の熱量計において、前記管材のうち前記触媒層が設けられる部位、前記触媒層、前記発熱源及び前記温度測定手段を収納する保護容器を更に備えることが好ましい。
【００１４】
この熱量計によれば、管材のうち触媒層が設けられる部位、触媒層、発熱源及び温度測定手段を収納する保護容器を更に備えるため、例えば風の影響により検出温度が変動してしまい、発熱量の測定精度が低下してしまう事態を防止することができる。
【００１５】
また、本発明の熱量計において、前記温度測定手段は、２つの熱電対によって構成され、１つが前記部位の前記管材外側に設けられた温接点として機能し、もう１つが前記部位と離間して設けられて基準温度接点となる冷接点として機能することが好ましい。
【００１６】
この熱量計によれば、触媒層が設けられる部位の管材外側に設けられた温接点と、当該部位と離間して設けられる冷接点とを有するため、これらの差分に基づいて温度上昇分を正確に測定することができ、温接点のみの場合と比較して周囲環境による影響を受け難く、発熱量の測定精度を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明の熱量計において、前記温度測定手段により測定された温度に基づいて発熱量を算出する発熱量算出手段をさらに備え、前記発熱量算出手段は、前記管材の内側に燃料ガスが流通していない場合における前記温度測定手段により測定される温度の初期値と、前記管材の内側に燃料ガスが流通していない場合に新たに前記温度測定手段により測定される温度の値とを比較して変動量を算出し、前記管材の内側に燃料ガスが流通しているときに前記温度測定手段により測定された温度に対して前記変動量を加味したうえで発熱量を算出することが好ましい。
【００１８】
この熱量計によれば、管材の内側に燃料ガスが流通していない場合に測定される温度の初期値と、新たに測定される温度の値とを比較して変動量を算出し、管材の内側に燃料ガスが流通しているときに測定された温度に対して変動量を加味したうえで発熱量を算出する。このように、燃料ガスが流通していない場合の温度の初期値と、新たに測定された温度の値とを比較することにより、熱量計の長期の使用によって計測値がドリフトしてしまったとしても、これを補正することができる。
【００１９】
また、本発明の熱量計において、前記温度測定手段により測定された温度に基づいて発熱量を算出する発熱量算出手段をさらに備え、前記発熱量算出手段は、前記管材の内側に燃料ガスが流通しているときに前記温度測定手段により測定された複数回分の温度の値のうち、最高値と最低値とを除く値の平均値に基づいて発熱量を算出することが好ましい。
【００２０】
この熱量計によれば、管材の内側に燃料ガスが流通しているときに測定された複数回分の温度の値のうち、最高値と最低値とを除く値の平均値に基づいて発熱量を算出するため、周囲環境によって瞬時的に異常値となる値があったとしても、この異常値を除くことができるうえに、発熱量の算出に平均値が採用されるため、発熱量の測定精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、連続測定を可能としつつも、小型化を図って設置の容易性を高めることができ、且つ、測定精度の低下を抑えることができる熱量計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る熱量計を含む計測システムを示すブロック図である。
【図２】図１に示した熱量計の構成を示す側面図である。
【図３】図２に示した保護容器の詳細を示す構成図であって、（ａ）は側方透視図を示し、（ｂ）は前面図を示し、（ｃ）は後面図を示し、（ｄ）は上面図を示している。
【図４】図２に示した演算装置に記憶される相関データを示すグラフである。
【図５】異なる燃料ガスを連続的に熱量計に供給した場合における温度状況を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は以下の実施形態に限られるものではない。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係る熱量計を含む計測システムを示すブロック図である。図１に示す計測システム１は、ガス混合装置１０と、熱量計２０とから構成され、ガス混合装置１０による可燃ガスと空気との混合によって得られた混合ガスを燃料ガスとして熱量計２０に供給し、熱量計２０にて燃料ガスを燃焼させて発熱量を測定するものである。
【００２５】
このような計測システム１においてガス混合装置１０は、第１〜第３配管１１〜１３と、第１及び第２流量計１４ａ，１４ｂと、第１及び第２バルブ１５ａ，１５ｂと、混合器１６とから構成されている。
【００２６】
第１配管１１は、上流側のレギュレーターと混合器１６とを接続する配管であって、レギュレーターを介して流れてくる可燃ガスを混合器１６まで導くものである。第１流量計１４ａは、第１配管１１上に設けられ、第１配管１１を流れる可燃ガスの流量を計測するものである。第１バルブ１５ａは、第１配管１１の第１流量計１４ａの下流側に設けられたニードルバルブである。
【００２７】
第２配管１２は、上流側のレギュレーターと混合器１６とを接続する配管であって、レギュレーターを介して流れてくる空気を混合器１６まで導くものである。第２流量計１４ｂは、第２配管１２上に設けられ、第２配管１２を流れる空気の流量を計測するものである。第２バルブ１５ｂは、第２配管１２の第２流量計１４ｂの下流側に設けられたニードルバルブである。
【００２８】
混合器１６は、第１及び第２配管１１，１２を通じて流れてくる可燃ガスと空気とを混合するものである。第３配管１３は、混合器１６による混合によって得られた混合ガスを、燃料ガスとして熱量計２０に供給するための配管である。
【００２９】
熱量計２０は、燃焼機能部２１と、定電圧源（電圧源）２２と、データロガー２３と、演算装置（発熱量算出手段）２４とを備えている。燃焼機能部２１は、ガス混合装置１０からの燃料ガスを燃焼させるものであり、定電圧源２２からの電圧を利用して燃料ガスを燃焼させる。データロガー２３は、燃焼機能部２１における温度を記録するものであって、特に燃料ガスの燃焼によって上昇する温度を記録するものである。演算装置２４は、例えばＰＣ（Personal Computer）であって、データロガー２３に記録内容に基づいて燃焼機能部２１に供給された燃料ガスの発熱量を求めるものである。また、演算装置２４は、発熱量を求めるに際し、第１及び第２流量計１４ａ，１４ｂの計測値についても入力する。
【００３０】
図２は、図１に示した熱量計２０の構成を示す側面図である。図２に示すように、熱量計２０は、管材２５、触媒層２６、コイル（発熱源、ヒータ）２７、及び温度測定部（温度測定手段）２８を備えている。
【００３１】
管材２５は、測定対象となる燃料ガスが流れる配管であり、本実施形態ではセラミック管（材質はアルミナ）により構成されている。本実施形態において管材２５は、例えば外径３ｍｍ、内径２ｍｍとなっている。
【００３２】
触媒層２６は、管材２５の内側に塗布されて設けられ、燃料ガスを接触燃焼させるためのものである。本実施形態において触媒層２６は、パラジウムや白金などの触媒により構成されている。また、触媒層２６は、管材２５の先端側の特定部位（約２５ｍｍの部位）に塗布されている。
【００３３】
コイル２７は、触媒層２６が設けられる特定部位を加熱するものであって、詳細には触媒層２６が設けられる特定部位（以下、管材２５の特定部位、及び触媒層２６を合わせて燃焼部Ｆと称する）の管材外側に巻き付けられ、定電圧源２２からの電圧が印加されるものである。このコイル２７は、白金線等の金属線によって構成されており、電圧印加によって燃焼部Ｆを３００℃以上６００℃以下程度に加熱することとなる。
【００３４】
なお、管材２５はセラミック管に限らず、燃焼部Ｆの加熱温度に耐え得る素材であれば、他の素材であってもよい。但し、耐え得る素材であっても、触媒層２６に悪影響（例えば被毒）を及ぼさないことを条件とする。
【００３５】
温度測定部２８は、燃焼部Ｆにおける温度に応じた信号を出力するものである。より詳細に温度測定部２８は、２つの熱電対２８ａ，２８ｂによって構成され、１つが燃焼部Ｆの管材外側に設けられた温接点として機能する第１熱電対２８ａであり、もう１つが燃焼部Ｆと離間して設けられて基準温度接点となる冷接点として機能する第２熱電対２８ｂである。ここで、コイル２７により燃焼部Ｆが昇温されており、燃焼部Ｆに燃料ガスが供給された場合、燃焼部Ｆにおいて燃料ガスが燃焼する。このとき、燃焼部Ｆの温度は上昇することなる。第１熱電対２８ａは、このような温度に応じた信号を出力するものとなっている。一方、第２熱電対２８ｂは、燃焼による温度上昇の影響を略受けない程度に離間しており、燃焼部Ｆにおいて燃料ガスが燃焼したときと燃焼していないときとで略同じ温度状態となる。よって、第２熱電対２８ｂは、基準温度に応じた信号を出力するものとなっている。
【００３６】
上記のような構成において、管材２５、触媒層２６、コイル２７及び温度測定部２８は、図１に示した燃焼機能部２１を構成している。
【００３７】
さらに、図２に示すように、熱量計２０は、保護容器２９を備えている。図３は、図２に示した保護容器２９の詳細を示す構成図であって、（ａ）は側方透視図を示し、（ｂ）は前面図を示し、（ｃ）は後面図を示し、（ｄ）は上面図を示している。
【００３８】
まず、図３（ａ）に示すように、保護容器２９は、管材２５の先端側（少なくとも燃焼部Ｆを含む）、触媒層２６、コイル２７及び第１熱電対２８ａ（温度測定部２８の一部）を収納する断熱性の筐体である。第２熱電対２８ｂは、保護容器２９の外側に設けられている。この保護容器２９によって例えば風の影響により第１熱電対２８ａによる検出温度が変動してしまう事態を防止している。
【００３９】
保護容器２９内には、管材支持部２９ａが設けられている。管材支持部２９ａは保護容器２９の底面から上面に向けて突設する部材であり、保護容器２９内の管材２５が載置されるものである。
【００４０】
また、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、保護容器２９は、平板状の底板２９ｂと、底板２９ｂの上面側に被さる断面が逆向き凹形状の矩形板２９ｃとを備えている。また、図３（ｂ）に示すように、保護容器２９の前面（燃料ガスの流れに対して上流側）には、底板２９ｂと矩形板２９ｃとによって形成される筒体前面側端部を閉塞する閉塞板２９ｄが設けられている。この閉塞板２９ｄは、第１板２９ｄ１と第２板２９ｄ２とに分離している。第１板２９ｄ１と第２板２９ｄ２とには、管材２５が挿入される半円状の切り欠き２９ｅ１，２９ｅ２が形成されており、切り欠き２９ｅ１，２９ｅ２が合致することで管材２５の挿入口として機能するようになっている。さらに、図３（ｃ）に示すように、保護容器２９の後面（燃料ガスの流れに対して下流側）には、前面と同様に閉塞板２９ｆが設けられている。この閉塞板２９ｆは、前面側と異なり１枚の板材によって構成されている。
【００４１】
また、図３（ｄ）に示すように、保護容器２９の上面（すなわち矩形板２９ｃのうち底板２９ｂと対向する面）には、開口部２９ｇが形成され、開口部２９ｇには金網２９ｈが設けられている。この金網２９ｈを介して、燃焼部Ｆの燃焼にて発生した排ガスが保護容器２９外に排出されることとなる。
【００４２】
なお、上記の保護容器２９は、長さ（図３（ａ）左右方向）が約１２０ｍｍであり、高さ（図３（ｂ）（ｃ）上下方向）が約４５ｍｍであり、幅（図３（ｂ）（ｃ）左右方向）が約５０ｍｍとなっている。このように保護容器２９は例えばメートル単位の大きさとしないことにより過度に大型化しない程度の大きさとなっている。
【００４３】
また、熱量計２０において演算装置２４は、温度測定部２８により測定された温度（すなわちデータロガー２３にて記録された温度情報）に基づいて、発熱量を算出するものとして機能する。発熱量を算出するにあたり、演算装置２４は、燃焼部Ｆにおける温度上昇と発熱量との相関関係を示す相関データを記憶している。なお、相関データは以下のようにして求められる。
【００４４】
まず、燃焼部Ｆにおいて既知の燃料ガスを流して燃焼させたときの温度上昇を測定する。これにより、例えば以下の表１〜表３に示すデータが得られる。
【表１】
2020160077.tif 000003
【表２】
2020160077.tif 000004
【表３】
2020160077.tif 000005
【００４５】
一方で、可燃ガスを燃焼させたときの発熱量は表４に示す発熱量であることが知られている。
【表４】
2020160077.tif 000006
【００４６】
ここで、例えば水素の発熱量は２８６ｋＪ／ｍｏｌであるため、水素濃度が１．５％の燃料ガスにおける発熱量は、２８６（ｋＪ／ｍｏｌ）×０．０１５＝４．２９ｋＪ／ｍｏｌと算出できる。同様に、水素濃度が０．５％のときの発熱量や１．０％のときの発熱量についても算出できる。そして、これらの算出される発熱量と表１とを組み合わせると、以下の表５が得られる。
【表５】
2020160077.tif 000007
【００４７】
同様にして、表６も得られる。
【表６】
2020160077.tif 000008
【００４８】
なお、省略するが、表５と表６とに示す発熱量を加算すれば、表３に対応するものについても同様に算出できる。
【００４９】
そして、表５及び表６等に示す関係をグラフ化すると、図４に示す相関データが得られる。図４は、図２に示した演算装置２４に記憶される相関データを示すグラフである。なお、図４において横軸は発熱量（ｋＪ／ｍｏｌ）を示し、縦軸は温度上昇（℃）を示している。
【００５０】
図４に示すように、発熱量と温度上昇とは、水素を含む燃焼ガス、メタンを含む燃焼ガス、及び水素とメタンとの双方を含む燃焼ガスの全てにおいて、比例関係を有しているといえる。よって、演算装置２４は、図４に示すデータや比例関係を示す１次の演算式等を記憶しておくことで、データロガー２３にて記録された温度情報に基づいて、発熱量を算出することができる。
【００５１】
なお、演算装置２４は、以下の２つの機能の少なくとも１つを備えることが好ましい。まず、第１の機能として、演算装置２４は、管材２５の内側に燃料ガスが流通していない場合に温度測定部２８により測定される温度の初期値（例えば熱量計２０が最初に使用され燃焼部Ｆが所定時間加熱されたときの温度）を記憶しておく。そして、演算装置２４は、管材２５の内側に燃料ガスが流通していない場合新たに温度測定部２８により測定される温度の値を取得し、これと記憶した値とを比較して変動量を算出する。さらに、演算装置２４は、管材２５の内側に燃料ガスが流通し燃焼部Ｆにおいて燃焼させられたときに温度測定部２８により測定された温度に対して変動量を加味したうえで発熱量を算出する。これにより、熱量計２０の長期の使用によって計測値がドリフトしてしまったとしても、算出された変動量に基づいて補正することができるからである。
【００５２】
また、第２の機能として、演算装置２４は、管材２５の内側に燃料ガスが流通し燃焼部Ｆにおいて燃焼させられたときに温度測定部２８により測定された複数回分の温度の値のうち、最高値と最低値とを除く値の平均値に基づいて発熱量を算出する。これにより、周囲環境によって瞬時的に異常値となる状況であったとしても、この異常値を除くことができるうえに、発熱量の算出に平均値が採用されるため、発熱量の測定精度を向上させることができるからである。
【００５３】
次に、本実施形態に係る熱量計２０による発熱量の測定の様子を説明する。まず、図１に示す第１及び第２バルブ１５ａ，１５ｂを制御して可燃ガスと空気とを第１及び第２配管１１，１２に流し混合器１６にて混合することで、所定濃度の可燃ガスを含む燃料ガスを生成する。そして、燃料ガスは第３配管１３を通じて熱量計２０に供給される。この際、第１及び第２流量計１４ａ，１４ｂは、第１及び第２配管１１，１２を流れるそれぞれの気体流量を計測しており、この情報は演算装置２４に出力される。
【００５４】
図２に示す熱量計２０において定電圧源２２はコイル２７に電圧を印加しており、燃焼部Ｆの温度は３００℃以上６００℃以下程度となっている。この状態において、燃焼部Ｆに燃料ガスが供給されると、燃料ガスの燃焼熱によって燃焼部Ｆの温度が上昇する。第１熱電対２８ａは、上昇前後の温度に応じた信号をデータロガー２３に送信しており、データロガー２３はこれを記憶している。
【００５５】
演算装置２４は、図４に示した相関データと、データロガー２３の記憶内容と、第１及び第２流量計１４ａ，１４ｂのデータとから、発熱量を算出する。なお、本実施形態においては、第２熱電対２８ｂを備えるため、第１熱電対２８ａと第２熱電対２８ｂとの温度差分を用いるようにしてもよい。
【００５６】
そして、燃焼により発生した排ガスは、保護容器２９の上面の金網２９ｈを介して外部に排出されることとなる。
【００５７】
図５は、異なる燃料ガスを連続的に熱量計２０に供給した場合における温度状況を示すグラフである。なお、図５に示す温度は、第１熱電対２８ａの温度である。
【００５８】
まず、時刻０における初期温度が例えば３８８℃となっており、この時刻０の時点から時刻１２分までの第１期間において、メタン濃度１．０％、水素濃度０．５％の可燃ガスを含む燃料ガスが熱量計２０に供給されたとすると、図５の一点鎖線に示すように、温度は時刻１２分の時点で４０９．６℃まで上昇する。演算装置２４は、例えば４０９．６−３８８＝２１．６℃という温度上昇から図４に示すデータ等に基づいて発熱量を算出する。
【００５９】
さらに、時刻１２分から時刻２４分までの第２期間において、メタン濃度２．０％、水素濃度１．０％の可燃ガスを含む燃料ガスが熱量計２０に供給されたとすると、図５の一点鎖線に示すように、温度は時刻２４分の時点で４３６．７℃まで上昇する。演算装置２４は、例えば４３６．７−３８８＝４８．７℃という温度上昇から図４に示すデータ等に基づいて発熱量を算出する。
【００６０】
また、時刻２４分から時刻２６分までの第３期間において、メタン濃度４．０％、水素濃度１．５％の可燃ガスを含む燃料ガスが熱量計２０に供給されたとすると、図５の一点鎖線に示すように、温度は時刻２４分の時点で４８９．２℃まで上昇する。演算装置２４は、例えば４８９．２−３８７＝１０１．２℃という温度上昇から図４に示すデータ等に基づいて発熱量を算出する。
【００６１】
加えて、図５に示すグラフでは、上記第１〜第３期間において、水素のみ、又はメタンのみを含む燃料ガスについても供給した場合における温度状況についても示している。
【００６２】
まず、第１期間において、水素濃度０．５％の可燃ガスを含む燃料ガスが熱量計２０に供給され、第２期間において水素濃度１．０％の可燃ガスを含む燃料ガスが熱量計２０に供給され、第３期間において水素濃度１．５％の可燃ガスを含む燃料ガスが熱量計２０に供給されたとする。このとき、図５の実線に示すように、温度は時刻１２分の時点で２．４℃上昇し、時刻２４分の時点で６．４℃上昇し、時刻３６分の時点で１０．０℃上昇する。演算装置２４は、これらの温度上昇から図４に示すデータ等に基づいて発熱量を算出する。
【００６３】
同様に、第１期間において、メタン濃度１．０％の可燃ガスを含む燃料ガスが熱量計２０に供給され、第２期間においてメタン濃度２．０％の可燃ガスを含む燃料ガスが熱量計２０に供給され、第３期間においてメタン濃度４．０％の可燃ガスを含む燃料ガスが熱量計２０に供給されたとする。このとき、図５の二点鎖線に示すように、温度は時刻１２分の時点で１９．８℃上昇し、時刻２４分の時点で４４．１℃上昇し、時刻３６分の時点で９２．４℃上昇する。演算装置２４は、これらの温度上昇から図４に示すデータ等に基づいて発熱量を算出する。
【００６４】
このように、本実施形態に係る熱量計２０は、連続的に温度を検出することで発熱量の連続測定が可能となっている。
【００６５】
なお、上記では、発熱量の算出に当たり、第１〜第３期間のそれぞれの終了時点である時刻１２分、２４分、３６分における温度を採用しているが、これに限らず、温度がある程度安定していれば、時刻１２分、２４分、３６分よりも前の時刻における温度が採用されてもよい。特に、上記した第２の機能として、演算装置２４が処理を実行する際には、例えば時刻３０分、３１分、３２分、３３分、３４分、３５分、３６分の計６回の温度を最小し、これらのうち、最高値と最低値とを除いた４つの温度の平均値から、図４に示すデータ等に基づいて発熱量を算出してもよい。
【００６６】
このようにして、本実施形態に係る熱量計２０によれば、管材２５と、管材内側にて燃料ガスを接触燃焼させるための触媒層２６と、触媒層２６が設けられる管材２５上の特定部位を加熱する発熱源としてのコイル２７とを備えるため、発熱源による発熱及び触媒層２６を利用した接触燃焼により燃料ガスを燃焼させることができる。このため、連続的に燃料ガスを流しながら発熱源による発熱及び触媒層２６を利用した接触燃焼により燃料ガスを燃焼させ続けることが可能となり、発熱量を連続測定することができる。また、上記構成であるため、燃料ガスの燃焼部Ｆとして機能する部分は管径程度の大きさに収まり、例えば上記実施形態にように発熱源がコイル２７である場合にはコイル２７を含めた大きさも燃料ガスを流通させる流路より僅かに大きい程度とすることができるため、小型化が可能となる。しかも、燃料ガスを燃焼させたときの実際の温度上昇に基づいて発熱量を求めるため、成分分析等などを行う必要が無く、測定精度の低下を防止することができる。従って、連続測定を可能としつつも、小型化を図って設置の容易性を高めることができ、且つ、測定精度の低下を抑えることができる。
【００６７】
また、発熱源は、触媒層２６が設けられる管材２５上の特定部位の管材２５外側に取り付けられたコイル２７であるため、管材２５の外側に取り付けることができる程度の大きさのコイル２７により、小型化を図って設置の容易性を高めることができる。
【００６８】
また、触媒層２６、コイル２７及び第１熱電対２８ａ（温度測定部２８の一部）を収納する保護容器２９を更に備えるため、例えば風の影響により検出温度が変動してしまい、発熱量の測定精度が低下してしまう事態を防止することができる。
【００６９】
また、触媒層２６が設けられる部位の管材外側に設けられた第１熱電対２８ａと、当該部位と離間して設けられる第２熱電対２８ｂとを有するため、これらの差分に基づいて温度上昇分を正確に測定することができ、第１熱電対２８ａのみの場合と比較して周囲環境による影響を受け難く、発熱量の測定精度を向上させることができる。
【００７０】
また、管材２５の内側に燃料ガスが流通していない場合に測定される温度の初期値と、新たに測定される温度の値とを比較して変動量を算出し、管材２５の内側に燃料ガスが流通しているときに測定された温度に対して変動量を加味したうえで発熱量を算出する。このように、燃料ガスが流通していない場合の温度の初期値と、新たに測定された温度の値とを比較することにより、熱量計２０の長期の使用によって計測値がドリフトしてしまったとしても、これを補正することができる。
【００７１】
また、管材２５の内側に燃料ガスが流通しているときに測定された複数回分の温度の値のうち、最高値と最低値とを除く値の平均値に基づいて発熱量を算出するため、周囲環境によって瞬時的に異常値となる値があったとしても、この異常値を除くことができるうえに、発熱量の算出に平均値が採用されるため、発熱量の測定精度を向上させることができる。
【００７２】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。
【００７３】
例えば、本実施形態において熱量計２０は保護容器２９を備えているが、特にこれに限らず、備えない構成であってもよい。また、触媒層２６は管材２５の先端特定部位に設けられているが、これに限らず、管材２５の長手方向中ほどに設けられていてもよい。
【００７４】
さらに、本実施形態においてはコイル２７を発熱源として説明したが、これに限らず、他のヒータ等（例えば特定部位に貼り付け可能なラバーヒータ）であってもよいし、可能であれば特定部位を加熱する熱風等を送り込む手段などであってもよい。
【００７５】
また、本実施形態において保護容器２９は、温度測定部２８の一部である第１熱電対２８ａのみを収納しているが、さらに第２熱電対２８ｂが収納されるようになっていてもよい。加えて、温度測定部２８は２つの熱電対２８ａ，２８ｂという２部材によって構成されているが、これに限らず、１つのセンサ部等によって構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１        ：計測システム
２０      ：熱量計
２１      ：燃焼機能部
２２      ：定電圧源（電圧源）
２３      ：データロガー
２４      ：演算装置（発熱量算出手段）
２５      ：管材
２６      ：触媒層
２７      ：コイル（発熱源、ヒータ）
２８      ：温度測定部（温度測定手段）
２８ａ    ：第１熱電対（温接点）
２８ｂ    ：第２熱電対（冷接点）
２９      ：保護容器
Ｆ        ：燃焼部
【図１】
2020160077.tif 000009
【図２】
2020160077.tif 000010
【図３】
2020160077.tif 000011
【図４】
2020160077.tif 000012
【図５】
2020160077.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月9日(2020.6.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを燃焼させたときの温度上昇に基づいて発熱量を求めるための熱量計であって、
測定対象となる燃料ガスが流れる管材と、
前記管材の内面に設けられ、燃料ガスを接触燃焼させるための触媒層と、
前記触媒層が設けられる前記管材上の部位を加熱する発熱源と、
前記部位における温度に応じた信号を出力する温度測定手段と、
を備えることを特徴とする熱量計。
【請求項２】
前記発熱源は、前記触媒層が設けられる前記管材上の部位の前記管材外側に取り付けられ、電圧源からの電圧が印加されるヒータである
ことを特徴とする請求項１に記載の熱量計。
【請求項３】
前記管材のうち前記触媒層が設けられる部位、前記触媒層、前記発熱源及び前記温度測定手段を収納する保護容器を更に備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の熱量計。
【請求項４】
前記温度測定手段は、２つの熱電対によって構成され、１つが前記部位の前記管材外側に設けられた温接点として機能し、もう１つが前記部位と離間して設けられて基準温度接点となる冷接点として機能する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱量計。
【請求項５】
前記温度測定手段により測定された温度に基づいて発熱量を算出する発熱量算出手段をさらに備え、
前記発熱量算出手段は、前記管材の内側に燃料ガスが流通していない場合における前記温度測定手段により測定される温度の初期値と、前記管材の内側に燃料ガスが流通していない場合に新たに前記温度測定手段により測定される温度の値とを比較して変動量を算出し、前記管材の内側に燃料ガスが流通しているときに前記温度測定手段により測定された温度に対して前記変動量を加味したうえで発熱量を算出する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の熱量計。
【請求項６】
前記温度測定手段により測定された温度に基づいて発熱量を算出する発熱量算出手段をさらに備え、
前記発熱量算出手段は、前記管材の内側に燃料ガスが流通しているときに前記温度測定手段により測定された複数回分の温度の値のうち、最高値と最低値とを除く値の平均値に基づいて発熱量を算出する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の熱量計。
【請求項７】
前記触媒層は、前記管材の内面に塗布されて設けられている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の熱量計。
【請求項８】
前記触媒層は、前記管材の下流端側の内面に設けられている請求項７に記載の熱量計。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の熱量計は、燃料ガスを燃焼させたときの温度上昇に基づいて発熱量を求めるための熱量計であって、測定対象となる燃料ガスが流れる管材と、前記管材の内面に設けられ、燃料ガスを接触燃焼させるための触媒層と、前記触媒層が設けられる前記管材上の部位を加熱する発熱源と、前記部位における温度に応じた信号を出力する温度測定手段と、を備えることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
この熱量計によれば、管材と、管材内面にて燃料ガスを接触燃焼させるための触媒層と、触媒層が設けられる管材上の部位を加熱する発熱源とを備えるため、発熱源による発熱及び触媒層を利用した接触燃焼により燃料ガスを燃焼させることができる。このため、連続的に燃料ガスを流しながら発熱源による発熱及び触媒層を利用した接触燃焼により燃料ガスを燃焼させ続けることが可能となり、発熱量を連続測定することができる。また、上記構成であるため、燃料ガスの燃焼部として機能する部分は管径程度の大きさに収まり、例えば発熱源がコイルである場合にはコイルを含めた大きさも燃料ガスを流通させる流路より僅かに大きい程度とすることができるため、小型化が可能となる。しかも、燃料ガスを燃焼させたときの実際の温度上昇に基づいて発熱量を求めるため、成分分析等などを行う必要が無く、測定精度の低下を防止することができる。従って、連続測定を可能としつつも、小型化を図って設置の容易性を高めることができ、且つ、測定精度の低下を抑えることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、本発明の熱量計において、触媒層は、管材の内面に塗布されて設けられていることが好ましい。
さらに、本発明の熱量計において、触媒層は、管材の下流端側の内面に設けられていることが好ましい。