(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタンを主成分とするベースガスに、前記ベースガスより発熱量の高い熱量調整用ガスが添加されてなる製品ガスの発熱量を、目標発熱量に制御する発熱量制御方法であって、
前記ベースガスと前記熱量調整用ガスとが異なった割合で混合された複数の標準ガスで予め発熱量が判明した標準ガス各々の音速−温度−圧力の関係指標から、前記製品ガスの温度、圧力に於ける音速と発熱量との関係として求まる音速−発熱量関係指標を予め求めておき、
前記製品ガスの音速、温度、圧力を求め、求められた前記製品ガスの音速、温度、圧力から、前記音速−発熱量関係指標に基づいて前記製品ガスの発熱量を求めるとともに、求められた前記製品ガスの発熱量と前記目標発熱量との関係に基づいて、ベースガス原料に対する熱量調整用ガス原料の添加量を制御する発熱量制御方法。
【請求項２】
メタンを主成分とするベースガスに、前記ベースガスより発熱量の高い熱量調整用ガスが添加されてなる製品ガスの発熱量を、目標発熱量に制御する発熱量制御装置であって、
前記ベースガスと前記熱量調整用ガスとが異なった割合で混合された複数の標準ガスで予め発熱量が判明した標準ガスについて各々の音速−温度−圧力の関係指標から、前記製品ガスの温度、圧力に於ける音速と発熱量との関係として求まる音速−発熱量関係指標を備え、
前記製品ガスの音速を求める音速測定手段と、前記製品ガスの温度を求める温度測定手段と、前記製品ガスの圧力を求める圧力測定手段と、前記音速測定手段、温度測定手段、圧力測定手段により求められた前記製品ガスの音速、温度、圧力から、前記音速−発熱量関係指標に基づいて前記製品ガスの発熱量を求める発熱量導出手段を備え、求められた前記製品ガスの発熱量と前記目標発熱量との関係に基づいて、ベースガス原料に対する熱量調整用ガス原料の添加量の調整制御指令を生成する調整制御指令生成手段を備えた発熱量制御装置。
【請求項３】
一対の超音波送受信器を備え、一方の超音波送受信器から他方の超音波送受信器へ超音波が前記製品ガスの流れ内を伝播する伝播時間を双方向で捕らえ、得られる一対の伝播時間から前記製品ガスの流速を測定する超音波流速計を備え、
前記音速測定手段が、前記超音波流速計と、前記超音波流速計により得られる前記一対の伝播時間から前記製品ガスの音速を導出する音速導出手段から構成されている請求項２の発熱量制御装置。
【請求項４】
メタンを主成分とするベースガス原料が流れる供給流路を備え、前記供給流路内にあるベースガス原料に、前記ベースガスより発熱量の高い熱量調整用ガス原料を、添加量を調整しながら添加する調整用ガス添加機構を備え、熱量調整された製品ガスを得るガス製造設備であって、
ベースガスと熱量調整用ガスが異なった割合で混合された複数の標準ガスで予め発熱量が判明した標準ガス各々の音速−温度−圧力の関係指標から、前記製品ガスの温度、圧力における音速と発熱量との関係として求まる音速−発熱量関係指標を備え、
前記調整用ガス添加機構より下流側に位置する前記供給流路内にある前記製品ガスの音速を求める音速測定手段と、前記製品ガスの温度を求める温度測定手段と、前記製品ガスの圧力を求める圧力測定手段と、前記音速測定手段、温度測定手段、圧力測定手段により求められた前記製品ガスの音速、温度、圧力から、前記音速−発熱量関係指標に基づいて前記製品ガスの発熱量を求める発熱量導出手段を備え、求められた前記製品ガスの発熱量と目標発熱量との関係に基づいて、前記調整用ガス添加機構に対する調整制御指令を発生するとともに、前記調整用ガス添加機構に発令する調整制御指令生成手段を備えたガス製造設備。
【請求項５】
一対の超音波送受信器を備え、一方の超音波送受信器から他方の超音波送受信器へ超音波が前記製品ガスの流れ内を伝播する伝播時間を双方向で捕らえ、得られる一対の伝播時間から前記製品ガスの流速を測定する超音波流速計を備え、
前記音速測定手段が、前記超音波流速計と、前記超音波流速計により得られる前記一対の伝播時間から前記製品ガスの音速を導出する音速導出手段から構成されている請求項４のガス製造設備。
【請求項６】
メタンを主成分とするベースガスに、前記ベースガスより発熱量の高い熱量調整用ガスが添加されてなる製品ガスの発熱量を、目標発熱量に制御する発熱量制御方法であって、
前記ベースガスと前記熱量調整用ガスとが異なった割合で混合された複数の標準ガスで予め発熱量が判明した標準ガス各々の音速−温度−圧力の関係指標から、前記ベースガスもしくは熱量調整用ガスの温度、圧力に於ける音速と発熱量との関係として求まる音速−発熱量関係指標を予め求めておき、
前記ベースガスもしくは熱量調整用ガスの音速、温度、圧力を求め、求められた音速、温度、圧力から、前記音速−発熱量関係指標に基づいて対応するガスの発熱量を求めるとともに、求められた発熱量と前記目標発熱量との関係に基づいて、ベースガス原料に対する熱量調整用ガス原料の添加量を制御する発熱量制御方法。
【請求項７】
メタンを主成分とするベースガスに、前記ベースガスより発熱量の高い熱量調整用ガスが添加されてなる製品ガスの発熱量を、目標発熱量に制御する発熱量制御装置であって、
前記ベースガスと前記熱量調整用ガスとが異なった割合で混合された複数の標準ガスで予め発熱量が判明した標準ガスについて各々の音速−温度−圧力の関係指標から、前記ベースガスもしくは熱量調整用ガスの温度、圧力に於ける音速と発熱量との関係として求まる音速−発熱量関係指標を備え、
前記ベースガスもしくは熱量調整用ガスの音速を求める音速測定手段と、前記ベースガスもしくは熱量調整用ガスの温度を求める温度測定手段と、前記ベースガスもしくは熱量調整用ガスの圧力を求める圧力測定手段と、前記音速測定手段、温度測定手段、圧力測定手段により求められた音速、温度、圧力から、前記音速−発熱量関係指標に基づいて対応するガスの発熱量を求める発熱量導出手段を備え、求められた発熱量と前記目標発熱量との関係に基づいて、ベースガス原料に対する熱量調整用ガス原料の添加量の調整制御指令を生成する調整制御指令生成手段を備えた発熱量制御装置。
【請求項８】
メタンを主成分とするベースガス原料が流れる供給流路を備え、前記供給流路内にあるベースガス原料に、前記ベースガスより発熱量の高い熱量調整用ガス原料を、添加量を調整しながら添加する調整用ガス添加機構を備え、熱量調整された製品ガスを得るガス製造設備であって、
ベースガスと熱量調整用ガスが異なった割合で混合された複数の標準ガスで予め発熱量が判明した標準ガス各々の音速−温度−圧力の関係指標から、前記ベースガスもしくは熱量調整用ガスの温度、圧力に於ける音速と発熱量との関係として求まる音速−発熱量関係指標を備え、
前記調整用ガス添加機構の合流部より上流側に位置する前記ベースガスもしくは熱量調整用ガスの音速を求める音速測定手段と、前記ベースガスもしくは熱量調整用ガスの温度を求める温度測定手段と、前記ベースガスもしくは熱量調整用ガスの圧力を求める圧力測定手段と、前記音速測定手段、温度測定手段、圧力測定手段により求められた音速、温度、圧力から、前記音速−発熱量関係指標に基づいて対応するガスの発熱量を求める発熱量導出手段を備え、求められた発熱量と前記目標発熱量との関係に基づいて、前記調整用ガス添加機構に対する調整制御指令を発生するとともに、前記調整用ガス添加機構に発令する調整制御指令生成手段を備えたガス製造設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ガス製造プラント等で行われている熱量調節された製品ガスを製造する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、製品ガスの代表例として、ベースガスとしての天然ガスに、熱量調整用ガスとしての石油ガスを添加されてなる都市ガスを例に、取って説明する。
このような都市ガスは、製造プラントに、液化天然ガス貯蔵設備及び液化石油ガス貯蔵設備を備え、都市ガスを得るためには、両者を、共にガスもしくは液状態、あるいは一方がガス状態で、他方が液状態で、混合して、所定の発熱量を備えた都市ガス（製品ガスの一種）を得る。従って、得られた製品ガスの発熱量の確認は、ガス製造者に取って非常に重要な技術である。さらに、このようにして得られた製品ガスの発熱量は、ベースガスに対する熱量調整用ガスの添加量制御（例えばフィードバック制御）に使用される。
さて、従来、このような製品ガスの発熱量の測定は、製品ガスを製造ラインから抜きとり、大気圧状態までサンプルガスの圧力を減圧して、ラウター式比重計を使用して、比重を計測することにより行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、このような手法にあっては、以下のような問題があった。
（１）  製造ラインとは別個の比重計を用いた測定となり、製造ラインでのリアルタイムの測定が行えない。従って、発熱量制御は、タイムラグを伴った、断続的な制御となり、改良の余地がある。
（２）  上記の比重計を使用することとなるため、計測が大気圧状態での計測となり、高圧状態にある製造ラインでの実情を代表しにくい場合もある。
（３）  さらに、測定に使用した大気圧状態まで減圧したサンプルガスは、放散、廃棄するよりない。
（４）  さらに、従来型の上記の比重計を使用する測定方法にあっては、精度に改良の余地があり、発熱量制御には、改善の余地がある。
【０００４】
本発明の目的は、上記の様々な問題を解消するとともに、特に、製造ライン上で、リアルタイムの連続的な発熱量制御を可能とする発熱量制御方法及び装置を得ることにあり、さらに、製造ライン上で、リアルタイムの連続的な発熱量制御をおこなうガス製造設備を得ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明による、メタンを主成分とするベースガスに、このベースガスより発熱量の高い熱量調整用ガスが添加されてなる製品ガスの発熱量を、目標発熱量に制御する発熱量制御方法の特徴手段は、請求項１に記載されているように、前記ベースガスと前記熱量調整用ガスとが異なった割合で混合された複数の標準ガスで、予め発熱量が判明した標準ガス各々の音速（ここで音速とはガス中の音波の伝播速度をいい、以下同じ）−温度−圧力の関係指標から、前記製品ガスの温度、圧力に於ける音速と発熱量との関係として求まる音速−発熱量関係指標を予め求めておき、前記製品ガスの音速、温度、圧力を求め、求められた前記製品ガスの音速、温度、圧力から、前記音速−発熱量関係指標に基づいて前記製品ガスの発熱量を求めるとともに、求められた前記製品ガスの発熱量と前記目標発熱量との関係に基づいて、ベースガス原料に対する熱量調整用ガス原料の添加量を制御することにある。
本願の手法は、ベースガスと熱量調整用ガスとの混合ガスの発熱量を計測したい場合、この混合ガスの音速を測定すれば、この混合ガスの発熱量を知ることができるという知見に基づいている。この知見は、今般、発明者が新たに見出したものである。
この知見について、簡単に説明すると、単一のガス物質（純ガスと呼ぶ）の音速は、下式に従う。
【０００６】
【数１】
0003717253.tif 000002
【０００７】
さらに、複数のガス物質が混合されてなる混合ガスの音速は、下式に従う。
【０００８】
【数２】
0003717253.tif 000003
【０００９】
従って、音速は、混合ガスを成す原料物質の組成比に関連した情報となっており、逆に音速を測定することで、混合ガスの分子量を知ることができ、結果的に発熱量を知ることができる。
図４に示すように、本願が具体的に対象とする熱量調整を経た天然ガスにあっては、音速と発熱量は、一次もしくは二次の相関式とできる。そこで、本願にあっては、発熱量の測定にあたっては、予め求められている関係指標に従って、音速から発熱量を求めることとなる。
このようにして求められた製品ガスの発熱量と目標発熱量との関係（例えば差）に基づいて、ベースガス原料に対する熱量調整用ガス原料の添加量制御をおこなうのである。
この方法は、制御に必要な発熱量を、製品ガスの音速から求めるものであるため、ガス製造プラントにある製品ガスの供給配管内にあるガスを対象として、音速の測定をその状態のままおこなうことができる。さらに、音速から発熱量への変換は非常に短時間に行えるため、発熱量のリアルタイム、連続的な、監視、制御が可能となる。さらに、測定に供したサンプルガスを廃棄する必要もない。
また、音速−発熱量関係指標を予め用意しておく段階で、サンプル数を確保することで、高い測定精度を確保でき、結果的に良好な発熱量制御をおこなうことができるようになった。
【００１０】
さて、本願に係わる、メタンを主成分とするベースガスに、このベースガスより発熱量の高い熱量調整用ガスが添加されてなる製品ガスの発熱量を、目標発熱量に制御する発熱量制御装置の特徴構成は、請求項２に記載されているように、以下のとおりである。
即ち、ベースガスと熱量調整用ガスとが異なった割合で混合された複数の標準ガスで予め発熱量が判明した標準ガスについて各々の音速−温度−圧力の関係指標から、製品ガスの温度、圧力に於ける音速と発熱量との関係として求まる音速−発熱量関係指標を備え、製品ガスの音速を求める音速測定手段と、製品ガスの温度を求める温度測定手段と、製品ガスの圧力を求める圧力測定手段と、音速測定手段、温度測定手段、圧力測定手段により求められた製品ガスの音速、温度、圧力から、音速−発熱量関係指標に基づいて製品ガスの発熱量を求める発熱量導出手段を備え、求められた前記製品ガスの発熱量と前記目標発熱量との関係に基づいて、ベースガス原料に対する熱量調整用ガス原料の添加量の調整制御指令を生成する調整制御指令生成手段を備えるのである。
この発熱量制御装置は、先に説明した手法に基づいて、発熱量の制御をおこなうこととなるが、音速測定手段が制御対象である製品ガスの音速を計測し、発熱量導出手段が、前記音速から予め求められている音速−発熱量関係指標に基づいて、発熱量を導出し、調整制御指令生成手段がベースガス原料に対する熱量調整用ガス原料の添加量の調整制御指令を生成する。
従って、この装置は、上述の方法で発熱量制御をおこなうこととなるため、発熱量のリアルタイム、連続的な、監視、制御が可能である。さらに、その制御精度も優良であり、非常に有効な発熱量制御装置を得ることができた。
【００１１】
さらに、上述の発熱量制御装置において、請求項３に記載されているように、この装置が、一対の超音波送受信器を備え、且つ一方の超音波送受信器から他方の超音波送受信器へ超音波が前記製品ガスの流れ内を伝播する伝播時間を双方向で捕らえ、得られる一対の伝播時間から前記製品ガスの流速を測定する超音波流速計を備え、
先に説明した音速測定手段が、前記超音波流速計と、前記超音波流速計により得られる前記一対の伝播時間から前記製品ガスの音速を導出する音速導出手段から構成されていることが好ましい。
超音波流速計は、流体の流速を超音波を利用して測定する手法として確立された技術であり、この流速計にあっては、超音波を流れ方向に沿う方向と、これに逆行する方向に伝播させて、互いの伝播時間から流速を求める。
ここで得られる一対の伝播時間情報は、流体の音速に関係した情報であり、この一対の伝播時間から流体の音速を求めることができる。従って、この構造の発熱量制御装置にあっては、超音波流速計からの検出情報に基づいて、音速導出手段が製品ガスの音速を求め、制御に有用な情報である発熱量を求めて、制御をおこなうことができる。
この構成の発熱量制御装置にあっては、確立された技術である超音波流速計を利用して、発熱量の制御を良好におこなうことができる。
【００１２】
さて、本願に於ける、メタンを主成分とするベースガス原料が流れる供給流路を備え、前記供給流路内にあるベースガス原料に、前記ベースガスより発熱量の高い熱量調整用ガス原料を、添加量を調整しながら添加する調整用ガス添加機構を備え、熱量調整された製品ガスを得るガス製造設備の特徴構成は、請求項４に記載されているように、以下のとおりである。
即ち、ベースガスと熱量調整用ガスが異なった割合で混合された複数の標準ガスで予め発熱量が判明した標準ガス各々の音速−温度−圧力の関係指標から、製品ガスの温度、圧力に於ける音速と発熱量との関係として求まる音速−発熱量関係指標を備え、
前記調整用ガス添加機構より下流側に位置する前記供給流路内にある前記製品ガスの音速を求める音速測定手段と、前記製品ガスの温度を求める温度測定手段と、前記製品ガスの圧力を求める圧力測定手段と、前記音速測定手段、温度測定手段、圧力測定手段により求められた前記製品ガスの音速、温度、圧力から、前記音速−発熱量関係指標に基づいて前記製品ガスの発熱量を求める発熱量導出手段を備え、求められた前記製品ガスの発熱量と目標発熱量との関係に基づいて、前記調整用ガス添加機構に対する調整制御指令を発生するとともに、前記調整用ガス添加機構に発令する調整制御指令生成手段を備えて、構成するのである。
このガス製造設備は、これまで説明してきた発熱量制御方法を使用して、発熱量が調整された製品ガスを製造することができ、良好な製品を得ることができる。
このガス製造設備の場合も、請求項５に記載されているように、一対の超音波送受信器を備え、一方の超音波送受信器から他方の超音波送受信器へ超音波が前記製品ガスの流れ内を伝播する伝播時間を双方向で捕らえ、得られる一対の伝播時間から前記製品ガスの流速を測定する超音波流速計を備え、
前記音速測定手段が、前記超音波流速計と、前記超音波流速計により得られる前記一対の伝播時間から前記製品ガスの音速を導出する音速導出手段から構成されていることが好ましい。
この場合も、超音波流速計を利用して、音速を求め、この音速から、発熱量を求め、良好な発熱量制御をおこなうこととなり、既存の技術を利用して、発熱量が良好に調整制御された製品ガスを得るガス製造設備を得ることができた。
【００１３】
以上説明してきた発熱量制御にあっては、基本的に、製品ガスの発熱量を求め、計測された発熱量に基づいて製品ガスの発熱量制御をおこなうフィードバック構造を採用している。
しかしながら、本願が採用する手法にあっては、製品ガスの発熱量のみならず、ベースガス、あるいは、熱量調整用ガスの発熱量を計測することも可能である。従って、これまで説明してきたようなフィードバック構造を採用するのみならず、フィードフォワード構造を採用することも可能である。
このような構成に関して、以下に、説明する。
先ず、発熱量の制御方法に関して説明すると、請求項６に記載されているように、メタンを主成分とするベースガスに、前記ベースガスより発熱量の高い熱量調整用ガスが添加されてなる製品ガスの発熱量を、目標発熱量に制御する発熱量制御する場合に、以下のようにするのである。
即ち、先に説明したように、ベースガスと熱量調整用ガスとが異なった割合で混合された複数の標準ガスで予め発熱量が判明した標準ガス各々の音速−温度−圧力の関係指標から、製品ガスの温度、圧力に於ける音速と発熱量との関係として求まる音速−発熱量関係指標を予め求めておき、
混合される前の、元ガスであるベースガスもしくは熱量調整用ガスの音速、温度、圧力を求め、求められた音速、温度、圧力から、音速−発熱量関係指標に基づいて対応するガス（ベースガスの音速を測定した場合はベースガス、逆の場合は熱量調整用ガス）の発熱量を求め、求められた発熱量と製品ガスに求められている目標発熱量との関係に基づいて、ベースガス原料に対する熱量調整用ガス原料の添加量を制御するのである。
このようにすると、元ガスの状態から製品ガスの発熱量をフィードフォワード構成で制御することができる。
【００１４】
さて、このような制御手法を採用する制御装置としては、以下のように構成すればよい。即ち、メタンを主成分とするベースガスに、前記ベースガスより発熱量の高い熱量調整用ガスが添加されてなる製品ガスの発熱量を、目標発熱量に制御する発熱量制御装置を構成する場合に、装置に、ベースガスと熱量調整用ガスとが異なった割合で混合された複数の標準ガスで予め発熱量が判明した標準ガスについて各々の音速−温度−圧力の関係指標から、ベースガスもしくは熱量調整用ガスの温度、圧力に於ける音速と発熱量との関係として求まる音速−発熱量関係指標を備え、
ベースガスもしくは熱量調整用ガスの音速を求める音速測定手段と、ベースガスもしくは熱量調整用ガスの温度を求める温度測定手段と、ベースガスもしくは熱量調整用ガスの圧力を求める圧力測定手段と、この音速測定手段、温度測定手段、圧力測定手段により求められた音速、温度、圧力から、音速−発熱量関係指標に基づいて対応するガスの発熱量を求める発熱量導出手段を備え、求められた発熱量と製品ガスに求められる目標発熱量との関係に基づいて、ベースガス原料に対する熱量調整用ガス原料の添加量の調整制御指令を生成する調整制御指令生成手段を備えるのである。
この装置にあっては、音速測定手段により所定の元ガスの音速が求められ、発熱量導出手段によりこれらの元ガスの発熱量が求められ、得られた発熱量と目標発熱量との関係から調整制御指令生成手段により調整制御指令が生成される。
結果、この調整制御指令を活用して、適切な発熱量制御をフィードフォワード構成で達成することが可能となる。
【００１５】
さらに、対応するガス製造設備の構成としては、メタンを主成分とするベースガス原料が流れる供給流路を備え、供給流路内にあるベースガス原料に、ベースガスより発熱量の高い熱量調整用ガス原料を、添加量を調整しながら添加する調整用ガス添加機構を備え、熱量調整された製品ガスを得るガス製造設備に、以下のものを備えればよい。
即ち、ベースガスと熱量調整用ガスが異なった割合で混合された複数の標準ガスで予め発熱量が判明した標準ガス各々の音速−温度−圧力の関係指標から、ベースガスもしくは熱量調整用ガスの温度、圧力に於ける音速と発熱量との関係として求まる音速−発熱量関係指標を備え、
調整用ガス添加機構の合流部より上流側に位置するベースガスもしくは熱量調整用ガスの音速を求める音速測定手段と、ベースガスもしくは熱量調整用ガスの温度を求める温度測定手段と、ベースガスもしくは熱量調整用ガスの圧力を求める圧力測定手段と、この音速測定手段、温度測定手段、圧力測定手段により求められた音速、温度、圧力から、音速−発熱量関係指標に基づいて対応するガスの発熱量を求める発熱量導出手段を備え、求められた発熱量と製品ガスに求められる目標発熱量との関係に基づいて、調整用ガス添加機構に対する調整制御指令を発生するとともに、調整用ガス添加機構に発令する調整制御指令生成手段を備えるのである。
この構成にあっても、調整制御指令が調整制御指令生成手段により発生、発令され、製品ガスの発熱量制御をフィードフォワード構成で適切に達成することができる。
このようなフィードフォワード構成の場合にあっても、音速の測定にあたっては、先に説明した超音波流速計を利用した、音速測定方法も採用できることは当然である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本願の実施の形態を、以下、図面に基づいて説明する。
図１は、本願の発熱量制御装置１を備えたガス製造設備２の構成を模式的に描いたものである。
このガス製造設備２は、ＬＮＧタンク３、ＬＮＧ気化器４を上流側に備えた供給流路５を備えるとともに、この供給流路５に、熱量調整用の石油ガスを添加する調整用ガス添加機構６と、この調整用ガス添加機構６よりも下流側に備えられる製品ガスの発熱量測定用の測定部７を備えて構成されている。そして、測定部７において得られた測定情報に基づいて、製品ガスの発熱量を求め、この発熱量と製品ガスに求められる発熱量である目標発熱量との関係から、前記調整用ガス添加機構６に、調整制御指令が発生されるように構成されている。従って、このガス製造設備２は、発熱量に関してフィードバックがかかる様に構成されており、製品ガスの発熱量品質を良好に保つことができる。
ここで、本願の発熱量制御は、オンライン、オンタイムの連続制御であることに特徴がある。
さて、上記の制御を可能とするために、前述の供給流路５で、前記調整用ガス添加機構６の合流部８より上流側に、天然ガスの流量を測定する天然ガス流量測定器９が備えられている。一方、前述の調整用ガス添加機構６は、ＬＰＧタンク１０、ＬＰＧ気化器１１を上流側に備えた添加用流路１２を備えるとともに、この添加用流路１２に流量制御弁１３と石油ガス流量測定器１４を備えている。
従って、この設備２にあっては、天然ガスの流量、これに対する石油ガスの流量が常時モニターされ、供給流路下流側に混合状態で送り出される両者の量比を検出することができる。本願のように、製品ガスの発熱量を制御する必要がある場合、この量比が問題となるが、天然ガスの供給量を検出しながら、流量制御弁１３の開度を適切に調整することで、両者の流量比（引いては発熱量）を調整することができる。この調整をおこなう場合に、前記測定部７において測定される情報から、前記調整用ガス添加機構６への調整制御指令を発生させるのが、発熱量制御装置１の働きである。
【００１７】
以上要約すると、本願のガス製造設備２は、メタンを主成分とするベースガス原料（この例では天然ガス）が流れる供給流路５を備え、この供給流路内にあるベースガス原料に、メタンより発熱量の大きい熱量調整用ガス原料（この例では石油ガス）を、添加量を調整しながら添加する調整用ガス添加機構６を備え、熱量調整された製品ガスを得る構成となっている。そして、この調整用ガス添加機構６に対する発熱量制御装置１が備えられているのであるが、この発熱量制御装置１は、図１、２に示すように、測定部７に備えられる超音波流速計１５、温度計１６ａ、圧力計１６ｂと、これらの計器からの測定情報に従って、前記調整制御指令を生成する手段とから構成されている。この手段は、マイクロコンピュータや半導体メモリ等を主要な機器として構築される。
この構成について説明すると、図１に示すように、記憶手段１７ａ、指標生成手段１７ｂが備えられ、さらに前記超音波流速計１５及び音速導出手段１８を備えた音速測定手段１９、発熱量導出手段２０、調整制御指令生成手段２１が備えられている。
ここで、記憶手段１７ａは発熱量の導出に必要な情報を記憶したものであり、指標生成手段１７ｂは前記情報から音速−発熱量関係指標を生成するものであり、音速測定手段１９は製品ガスの音速を求めるものであり、前記発熱量導出手段２０は求められた音速から発熱量を導出するものであり、前記調整制御指令生成手段２１は、求められた発熱量から調整制御指令を生成するとともに、発令するものである。
【００１８】
以下、それぞれの手段の構成、働きについてさらに詳細に説明する。
前記記憶手段１７ａは、ベースガスと熱量調整用ガスが異なった割合で混合された複数の標準ガス各々の音速と発熱量との関係から求まる音速−発熱量関係指標を導出できる情報を記憶している。このような音速−発熱量関係指標の一例を図４に示した。同図において、実線及び破線で示されている相関線（１次相関式及び２次相関式）が、このような指標に相当する。
この音速−発熱量関係指標の自動生成は、指標生成手段１７ｂによって行われる。この自動生成には、製品ガスの温度と圧力が必要であるが、これらの情報は、温度計１６ａ及び圧力計１６ｂから得ることができる。
前述の記憶手段１７ａには、予め複数の発熱量を有する標準ガスの音速−温度−圧力の関係指標（図３に示す）が記憶されており、指標生成手段１７ｂは、このような音速−温度−圧力の関係パネル上から、各発熱量を有するガスに対する音速を求め、これが、発熱量と音速に関して整理されて、図４に示すような音速−発熱量関係指標を生成する。
この指標を使用することにより、例えば、製品ガスの音速が求まった場合、同図矢印付一点鎖線で示すように、音速から、ガスの発熱量を導き出すことができる。
【００１９】
前記音速測定手段１９は、前述の超音波流速計１５及び音速導出手段１８を備えている。
前記超音波流速計１５からは、測定部７を流れる製品ガスの流速が得られるとともに、この流速の測定にあたって、測定される一対の伝播時間Ｔ２１、Ｔ１２が得られる。
超音波流速計１５の詳細構成について、図２、図５に基づいて説明すると、これは、一対の超音波送受信器１５ａを供給流路５を斜めに横断して備えている。ここで、一対の超音波送受信器１５ａは、流路の軸Ｚ方向で異なった位置に配設されるため、両者間を渡る超音波は流速ｖの影響を受け、上流側から下流側に伝播される超音波に伝播時間は加速され、逆の場合は減速される。この流速計１５においては、一方の超音波送受信器１５ａから他方の超音波送受信器１５ａへ超音波が前記製品ガスの流れ内を伝播する伝播時間を双方向で捕らえ（上流側にあるものから下流側にあるものへの超音波の伝播時間Ｔ２１と、逆方向で伝播する超音波の伝播時間Ｔ１２）、得られる一対の伝播時間から製品ガスの流速を測定する。従って、この超音波流速計１５においては、その測定情報として、流速ｖと、前記一対の伝播時間Ｔ２１、Ｔ１２を得る。
上記の音速導出手段１８は、測定された製品ガスの一対の伝播時間から、製品ガスの音速を導出できる構成とされている。
この導出過程は、前記一対の伝播時間Ｔ２１、Ｔ１２から音速Ｃを求めるものである。
図５に示すように、前述の超音波流速計１５に備えられる一対の超音波送受信器１５ａの位置関係が固定されているため、相互に送受信器間を伝播する伝播時間Ｔ１２、Ｔ２１は、図５、式１、式２のように記載できる。ここで、Ｌは図５に示す伝播経路の半分の距離であり、Ｃは音速を、ｖは製品ガスの流速を、θは、伝播経路の流路軸からの傾きを示している。
式１、式２は、２元連立方程式であるため、式３、式４に示すように、音速Ｃ及び流速ｖを、一対の伝播時間Ｔ１２、Ｔ２１から求めることができる。即ち、前述の音速導出手段は、式３の処理を行うことにより、一対の伝播時間Ｔ１２、Ｔ２１から音速Ｃを求める。
【００２０】
次に、発熱量導出手段２０の役割について説明する。
図４に矢印付一点鎖線で示すように、別途、音速測定手段２０により求められる製品ガスの音速から、記憶手段１７ａに記憶された情報から自動生成される音速−発熱量相関指標に基づいて、この製品ガスの発熱量を求める。
このようにして求められた製品ガスの発熱量は、製品ガスの目標発熱量と比較され、先に説明した調整制御指令が生成される。この生成の役割を調整制御指令生成手段２１が果たすのである。
以上が、本願のガス製造設備２の基本構成である。
【００２１】
従って、この設備２の発熱量制御は、ベースガスと熱量調整用ガスとが異なった割合で混合された複数の標準ガス各々の音速と発熱量との関係である音速−発熱量関係指標を予め求めておき、
製品ガスの音速を求め、求められた製品ガスの音速から、前記音速−発熱量関係指標に基づいて製品ガスの発熱量を求めるとともに、求められた製品ガスの発熱量と目標発熱量との差に基づいて、ベースガス原料に対する熱量調整用ガス原料の添加量を制御するものとなっている。
【００２２】
以下、本願の手法を採用するにあたり、発明者らが行った実験及び実際の制御結果について以下説明する。
１  音速−温度−圧力の関係指標（テーブル）
この指標は、記憶手段１７ａに記憶される図３に示すような関係指標であり、この指標を求めるのに、パラメータとしての発熱量に関して、原則的に９種のガスを標準ガスとして使用した。
これらの標準ガスの組成（％）、発熱量及び比重を表１に示した。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
この標準ガスは、その主成分として８０％程度以上のメタンをベースガスとして含有するものであり、このベースガスに発熱量の調整用に熱量調整用ガス（炭素数２以上の炭化水素ガス）が添加、混合された混合ガスである。これらの混合ガスを使用することにより、所定の状態（温度・圧力状態）での音速の計測が可能である。
上記の標準ガスを利用して、温度に関しては４状態（５、１５、２５、３５℃）、圧力に関しても４状態（１０、２０、３０、４０ｋｇｆ／ｃｍ2）の各状態（１６状態）について、音速を求めた。
結果、図３、各テーブルに示すように、音速は、圧力をパラメータとして温度の一次関係式で表現できるものであった。
従って、以下の表２に示すように、この音速と温度の一次関係の係数ａ、ｂを各標準ガス、各圧力に関して記憶することで、図３に相当する関係指標が記憶格納され、音速−発熱量関係指標の導出に使用することができる。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
２  音速−発熱量関係指標（テーブル）
この指標は、先に説明した指標生成手段１７ｂによって生成されるものである。上記のようにして得られている音速−温度−圧力の関係指標（テーブル）において、特定の温度・圧力を指定すると、発熱量の異なった各テーブルから、音速を個々に呼び出すことができる。即ち、図３の各テーブル間に渡って（テーブルの重なり方向で）、特定の温度・圧力での音速を読み取ることで、図４の関係指標を得ることができる。
そして、音速と発熱量とに関してその相関線（図４の実線（一次相関式）、破線（二次相関式））を得ることで、特定の温度・圧力状態での両者の関係指標が得られる。
【００２７】
この手法により、製品ガスの温度、圧力、音速が判明すれば、このガスの発熱量を求めることができることが判る。
このような手法によって得られた発熱量の誤差は、発熱量が９５００〜１０５００ｋｃａｌ／Ｎｍ3の範囲にあるもので、１５ｋｃａｌ／Ｎｍ3程度とすることができ、従来の比重計を使用する手法に対して、同等以上の精度を得ることができた。
【００２８】
本願の発熱量制御にあっては、上記のような手法で求められる発熱量を基準に、制御をオンライン、リアルタイム、連続的におこなうため、発熱量の安定した製品ガスを得ることができるようになった。
【００２９】
〔別実施の形態〕
（イ）  上記の実施の形態においては、ベースガスがメタンを主体とするガス（例えば天然ガス）で、熱量調整用ガスがこれより発熱量の多いガス（例えば石油ガス）としたが、このようなガスの組み合わせは、炭化水素ガスの組み合わせにおいて、任意に選択できる。当然、主成分がメタンであるガスに、熱量調整用に炭素数が大きいガスが添加されたものは、本願の対象とできる。
（ロ）  さらに、上記の実施の形態においては、天然ガス、石油ガス共に、気化器を経て、ガス状態になった状態で、混合する例を示したが、添加混合にあたっては、両者の一方以上が液状態にあっても良い。
但し、発熱量の測定は、ガス状態でおこなう必要がある。
このような生産設備の例を図６、図７に示した。
図６は、ＬＮＧ気化器４０において，ＬＰＧの添加混合が行われていることを示している。
図７は、気化器４の上流側で、ＬＰＧの添加混合が行われていることを示している。
即ち、本願において、ベースガスに対する熱量調整用ガスの添加混合にあたっては、これらのガスが気相状態にあるか液相状態にあるかを問うものではない。
即ち、いずれかの状態にあるベースガス原料熱量調整用ガス原料が、混合状態で目標発熱量を満たすように添加制御すれは良い。
（ハ）  さらに、上記の実施の形態にあっては、特定構造の超音波流速計を用いて、ガスの音速を求めるものとしたが、その出力情報から音速を求められるものであれば、任意の超音波流速計を使用することができる。また、超音波流速計の設置方式についても所謂シングル反射法を示したが、他の従来行われている方式も使用できる。
さらに、音速の測定に関しては、任意、公知の技術を使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願のガス製造設備のブロック構成図
【図２】測定部の詳細構造を示す図
【図３】発熱量をパラメータとする圧力−温度−音速の関係指標を示す図
【図４】音速から発熱量を導出する場合の音速−発熱量関係指標を示す図
【図５】音速の測定原理図
【図６】ガス製造設備の別構成例を示す図
【図７】ガス製造設備の別構成例を示す図
【符号の説明】
１      発熱量制御装置
２      ガス製造設備
１５    超音波流速計
１５ａ  超音波送受信器
１７ａ  記憶手段
１７ｂ  指標生成手段
１８    音速導出手段
１９    音速測定手段
２０    発熱量導出手段
２１    調整制御指令生成手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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