(57)【要約】  本発明は、測定対象ガスである天然ガスについて、一応の信頼性を有するメタン価をガス組成に拘わらず容易に得ることができるメタン価算出方法および燃料ガスとして利用される天然ガスの燃料性状の監視を行うことのできるメタン価測定装置を提供することを目的とする。  本発明においては、各々天然ガスよりなる互いにメタン価の値が異なる複数種の基準ガスについてのメタン価と基礎熱量との特定の関係式を予め取得しておき、測定対象ガスである天然ガスの基礎熱量、並びに、当該測定対象ガスに含まれる窒素ガス濃度および二酸化炭素ガス濃度を測定し、測定対象ガスの基礎熱量の値、窒素ガスの濃度値および二酸化炭素ガスの濃度値と、特定の関係式とから測定対象ガスのメタン価を算出する。
2017013897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々天然ガスよりなる互いにメタン価の値が異なる複数種の基準ガスについてのメタン価と基礎熱量との特定の関係式を予め取得しておき、
測定対象ガスである天然ガスの基礎熱量を測定すると共に、当該測定対象ガスに含まれる窒素ガス濃度および二酸化炭素ガス濃度を測定し、
当該測定対象ガスの基礎熱量の値、当該窒素ガスの濃度値および当該二酸化炭素ガスの濃度値と、前記特定の関係式とから当該測定対象ガスのメタン価を算出することを特徴とするメタン価算出方法。
【請求項２】
前記特定の関係式として、下記式（１）で表されるものが用いられることを特徴とする請求項１に記載のメタン価算出方法。
【数１】
2017013897.tif 000009
但し、式（１）において、ＭＮはメタン価、ｆ(Q´) は、測定対象ガスの基礎熱量Ｑ´〔ＭＪ／ｍ3 〕の値に応じて選択される下記式（ａ）〜下記式（ｄ）で表されるいずれかの関数であり、Ａは−２．０〜２．０の範囲から選択される値である。
【数２】
2017013897.tif 000010
但し、式（ａ）〜式（ｄ）において、ＸN2 は体積百分率で示される測定対象ガスに含まれる窒素ガスの濃度〔ｖｏｌ％〕、ＸCO2 は、体積百分率で示される測定対象ガスに含まれる二酸化炭素ガスの濃度〔ｖｏｌ％〕である。
【請求項３】
前記測定対象ガスの基礎熱量は、当該測定対象ガスの屈折率から得られる屈折率換算熱量と、当該測定対象ガスの音速から得られる音速換算熱量とに基づいて得られるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のメタン価算出方法。
【請求項４】
前記測定対象ガスに含まれる二酸化炭素ガスの濃度が、赤外線吸収法により測定されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のメタン価算出方法。
【請求項５】
測定対象ガスである天然ガスの基礎熱量を測定する熱量測定機構と、
当該測定対象ガスに含まれる二酸化炭素ガス濃度を測定する二酸化炭素濃度測定機構と、
当該測定対象ガスに含まれる窒素ガス濃度を算出する窒素濃度計算機構と、
予め取得しておいた、各々メタン価の値が異なる天然ガスよりなる複数種の基準ガスについてのメタン価と基礎熱量との特定の関係式と、前記熱量測定機構により測定された当該測定対象ガスの基礎熱量の値、前記二酸化炭素濃度測定機構により測定された二酸化炭素ガス濃度の値および前記窒素濃度計算機構により測定された窒素ガス濃度の値とから、当該測定対象ガスのメタン価を算出するメタン価算出機構と
を備えることを特徴とするメタン価測定装置。
【請求項６】
前記特定の関係式が、下記式（１）で表されるものであることを特徴とする請求項５に記載のメタン価測定装置。
【数３】
2017013897.tif 000011
但し、式（１）において、ＭＮはメタン価、ｆ(Q´) は、測定対象ガスの基礎熱量Ｑ´〔ＭＪ／ｍ3 〕の値に応じて選択される下記式（ａ）〜下記式（ｄ）で表されるいずれかの関数であり、Ａは−２．０〜２．０の範囲から選択される値である。
【数４】
2017013897.tif 000012
但し、式（ａ）〜式（ｄ）において、ＸN2 は体積百分率で示される測定対象ガスに含まれる窒素ガスの濃度〔ｖｏｌ％〕、ＸCO2 は、体積百分率で示される測定対象ガスに含まれる二酸化炭素ガスの濃度〔ｖｏｌ％〕である。
【請求項７】
前記熱量測定機構が、測定対象ガスの屈折率の値から屈折率換算熱量を求める屈折率換算熱量測定手段と、当該測定対象ガスの音速の値から音速換算熱量を求める音速換算熱量測定手段と、当該測定対象ガスの基礎熱量を、屈折率換算熱量、音速換算熱量、二酸化炭素濃度および窒素ガス濃度に基づいて算出する熱量算出手段とを備えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のメタン価測定装置。
【請求項８】
前記二酸化炭素濃度測定機構は、赤外式センサを備えたものであることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のメタン価測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン価算出方法およびメタン価測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒素酸化物（ＮＯx ）の排出量の抑制やＣＯ2 排出量低減などを目的として、天然ガスを燃料として利用したガスエンジンの開発、導入が進んでいる。
天然ガスを利用したガスエンジンの実用化に係る課題としては、天然ガスの組成が産出地により異なる点や、ガスエンジンの起動時や負荷変動時に燃料ガスの消費量の変動が生ずることによって燃料ガスの組成が変化する点などが挙げられる。燃料ガスの組成が変わると、燃料ガスの熱量やメタン価などの特性が変化し、エンジンのノッキングや失火などの異常燃焼を引き起こす原因になりうる。ここで、メタン価とは、ガソリンエンジンのオクタン価に対応するノッキングに対する抵抗値を示す指標であって、純メタンを１００、水素を０として評価した指標である。【０００３】
このような異常燃焼を回避するためには、燃料ガスの熱量やメタン価などの燃料性状をリアルタイムに捉え、このデータに基づきガスエンジンの燃焼制御を行うことが有効な手段であると考えられる。【０００４】
例えば、天然ガスなどの燃料ガスの熱量を測定する方法としては、例えば熱量と特定の対応関係を有する物性値を測定し、測定値に基づいて熱量の値（換算熱量）を求める方法などが、本件出願人によって提案されている（例えば特許文献１参照。）。【０００５】
一方、燃料ガスのメタン価を算出する方法としては、
（ａ）ＡＶＬ社が提案する方式（以下、「ＡＶＬ基準」ともいう。）、
（ｂ）カリフォルニア州大気資源評議会で規定された特定の演算式により算出する方式（以下、「ＣＡＲＢ基準」ともいう。）、
（ｃ）ＩＳＯ／ＴＲ  ２２３０２  ３．１．１に準拠した方法により算出する方式（以下、「ＧＲＩ（Ｌｃ）基準」ともいう。）、
（ｄ）ＩＳＯ／ＴＲ  ２２３０２  ３．１．２に準拠した方法により算出する方式（以下、「ＧＲＩ（Ｈ／Ｃ）基準」ともいう。）
の４種類が主に利用されている。ここに、メタン価は、同一の燃料ガスであっても、算出方法によって異なる値を示し、例えば地域ごとに異なる基準によるメタン価が要請されている。
しかしながら、いずれの方法も、メタン価をガス組成に基づいて算出するものであることから、上述したように、ガス組成の変動が生じた場合には、メタン価の算出にあたってガス組成を測定することが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−４２２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
而して、天然ガスには、パラフィン系炭化水素ガスなどの燃焼性ガス成分だけでなく、通常、窒素ガスや二酸化炭素ガスなどの不燃ガス成分も含まれている。これらの不燃ガス成分による発熱量に対する影響の程度には法則性がないことから、天然ガスの発熱量（真の熱量）とメタン価の値との間には、特定の相関関係は成立しない。また、天然ガスに含まれる窒素ガスと二酸化炭素ガスとの濃度比率を定量化することができないため、これらの雑ガス成分が含まれることに起因する演算誤差が不可避的に生じてしまう。
然るに、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、天然ガスに含まれる窒素ガス濃度と、当該窒素ガス濃度に起因するメタン価の変動量（誤差）との間に特定の相関関係が成立すること、並びに、天然ガスに含まれる二酸化炭素ガス濃度と、当該二酸化炭素ガス濃度に起因するメタン価の変動量（誤差）との間に特定の相関関係が成立することを見出した。そして、窒素ガス濃度および二酸化炭素ガスの各々の濃度に応じた補正を行うことにより、天然ガスの基礎熱量の値と、例えば上記のＡＶＬ基準により算出されるメタン価の値との間に特定の相関関係が成立し、測定対象ガスである天然ガスの基礎熱量を測定することにより、当該ＡＶＬ基準に対応するメタン価の近似解を得ることができることを見出した。ここに、「基礎熱量」とは、天然ガスから不燃ガス成分を除いたときの燃焼性ガス成分の燃焼熱量をいう。【０００８】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、測定対象ガスである天然ガスについて、一応の信頼性を有するメタン価をガス組成に拘わらず容易に得ることのできるメタン価算出方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、測定対象ガスである天然ガスについて、一応の信頼性を有するメタン価をガス組成に拘わらず容易に得ることができ、燃料ガスとして利用される天然ガスの燃料性状の監視を行うことのできるメタン価測定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】
【０００９】
本発明のメタン価算出方法は、各々天然ガスよりなる互いにメタン価の値が異なる複数種の基準ガスについてのメタン価と基礎熱量との特定の関係式を予め取得しておき、
測定対象ガスである天然ガスの基礎熱量を測定すると共に、当該測定対象ガスに含まれる窒素ガス濃度および二酸化炭素ガス濃度を測定し、
当該測定対象ガスの基礎熱量の値、当該窒素ガスの濃度値および当該二酸化炭素ガスの濃度値と、前記特定の関係式とから当該測定対象ガスのメタン価を算出することを特徴とする。【００１０】
本発明のメタン価算出方法においては、前記特定の関係式として、下記式（１）で表されるものが用いられる。【００１１】
【数１】
2017013897.tif 000003
【００１２】
但し、式（１）において、ＭＮはメタン価、ｆ(Q´) は、測定対象ガスの基礎熱量Ｑ´〔ＭＪ／ｍ3 〕の値に応じて選択される下記式（ａ）〜下記式（ｄ）で表されるいずれかの関数であり、Ａは−２．０〜２．０の範囲から選択される値である。【００１３】
【数２】
2017013897.tif 000004
【００１４】
但し、式（ａ）〜式（ｄ）において、ＸN2 は体積百分率で示される測定対象ガスに含まれる窒素ガスの濃度〔ｖｏｌ％〕、ＸCO2 は、体積百分率で示される測定対象ガスに含まれる二酸化炭素ガスの濃度〔ｖｏｌ％〕である。【００１５】
また、本発明のメタン価算出方法においては、前記測定対象ガスの基礎熱量は、当該測定対象ガスの屈折率から得られる屈折率換算熱量と、当該測定対象ガスの音速から得られる音速換算熱量とに基づいて得られるものであることが好ましい。
さらにまた、本発明のメタン価算出方法においては、前記測定対象ガスに含まれる二酸化炭素ガスの濃度が、赤外線吸収法により測定されることが好ましい。【００１６】
本発明のメタン価測定装置は、測定対象ガスである天然ガスの基礎熱量を測定する熱量測定機構と、
当該測定対象ガスに含まれる二酸化炭素ガス濃度を測定する二酸化炭素濃度測定機構と、
当該測定対象ガスに含まれる窒素ガス濃度を算出する窒素濃度計算機構と、
予め取得しておいた、各々メタン価の値が異なる天然ガスよりなる複数種の基準ガスについてのメタン価と基礎熱量との特定の関係式と、前記熱量測定機構により測定された当該測定対象ガスの基礎熱量の値、前記二酸化炭素濃度測定機構により測定された二酸化炭素ガス濃度の値および前記窒素濃度計算機構により測定された窒素ガス濃度の値とから、当該測定対象ガスのメタン価を算出するメタン価算出機構と
を備えることを特徴とする。【００１７】
本発明のメタン価測定装置においては、前記特定の関係式が、上記式（１）で表されるものであることが好ましい。【００１８】
また、本発明のメタン価測定装置においては、前記熱量測定機構が、測定対象ガスの屈折率の値から屈折率換算熱量を求める屈折率換算熱量測定手段と、当該測定対象ガスの音速の値から音速換算熱量を求める音速換算熱量測定手段と、当該測定対象ガスの基礎熱量を屈折率換算熱量と音速換算熱量とに基づいて算出する熱量算出手段とを備えた構成とされていることが好ましい。
さらにまた、本発明のメタン価測定装置においては、前記二酸化炭素濃度測定機構は、赤外式センサを備えたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のメタン価算出方法によれば、予め取得された基礎熱量とメタン価との特定の関係式を利用することにより、測定対象ガスのメタン価を当該測定対象ガス基礎熱量の値に基づいて求めることができる。特定の関係式は、各々メタン価の値が互いに異なる天然ガスよりなる複数種の基準ガスについて、基礎熱量とメタン価との相関関係を、天然ガスに含まれる窒素ガスおよび二酸化炭素ガスなどの雑ガス成分による基礎熱量に対する影響を考慮して実験による裏づけにより定量的に明らかにしたものである。このため、得られるメタン価は一応の信頼性を有するものとなる。【００２０】
上記のメタン価算出方法が実行される本発明のメタン価測定装置によれば、熱量測定機構によって測定対象ガスの基礎熱量を連続的に測定することにより、実際の状況に即した測定対象ガスのメタン価を連続的に取得することができるので、燃料ガスとしての天然ガスの実際の燃料性状の監視を行うことができる。従って、ガス組成の変動が生じた場合には、ガス組成の変動に伴うメタン価の変動を速やかに検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のメタン価測定装置の一例における構成の概略を示すブロック図である。
【図２】窒素ガス濃度とメタン価（ＡＶＬ基準）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明のメタン価測定装置の一例における構成の概略を示すブロック図である。
このメタン価測定装置は、天然ガスを測定対象ガスとし、測定対象ガスの熱量を測定する熱量測定機構２０と、当該測定対象ガスのメタン価を算出するメタン価算出機構４０と、測定対象ガスの熱量およびメタン価などの情報を表示する表示機構４５とが、例えば外装容器１０内に配設されて構成されている。
【００２３】
熱量測定機構２０は、例えば、測定対象ガスである天然ガスの屈折率の値から求められる屈折率換算熱量ＱO を得るための屈折率換算熱量測定機構２１と、当該測定対象ガスの音速の値から求められる音速換算熱量ＱS を得るための音速換算熱量測定機構２５と、当該測定対象ガスに含まれる二酸化炭素ガスの濃度ＸCO2 を測定する二酸化炭素濃度測定機構５０と、当該測定対象ガスに含まれる窒素ガスの濃度ＸN2 を算出する窒素濃度計算機構３０と、当該測定対象ガスの熱量ＱOS の値および基礎熱量Ｑ´の値を算出する熱量計算機構３５とを備えている。
【００２４】
屈折率換算熱量測定機構２１は、測定対象ガスの屈折率を測定する屈折率測定手段２２と、屈折率測定手段２２によって測定された屈折率の値に基づいて屈折率換算熱量ＱO を求める機能を有する屈折率−熱量換算処理手段２３とを備えている。
屈折率−熱量換算処理手段２３は、測定対象ガスである天然ガスにおいて不燃ガス成分（例えばＮ2 やＣＯ2 など）を含まない燃焼性ガス成分（パラフィン系炭化水素ガス）のみからなる特定ガスについて、例えばグラフ化することなどによって予め取得された屈折率と熱量との相関関係を利用し、当該相関関係に対して、測定対象ガスについて得られた屈折率の値が特定ガスの屈折率であると仮定して対照することにより屈折率換算熱量ＱO を算出する。
【００２５】
音速換算熱量測定機構２５は、測定対象ガス中における音波の伝播速度（測定対象ガスの音速）を測定する音速測定手段２６と、音速測定手段２６によって測定された音速の値に基づいて音速換算熱量ＱS の値を求める機能を有する音速−熱量換算処理手段２７とを備えている。
音速−熱量換算処理手段２７は、測定対象ガスである天然ガスにおいて不燃ガス成分（例えばＮ2 やＣＯ2 など）を含まない燃焼性ガス成分（パラフィン系炭化水素ガス）のみからなる特定ガスについて、例えばグラフ化することなどによって予め取得された音速と熱量との相関関係を利用し、当該相関関係に対して、測定対象ガスについて得られた音速の値が特定ガスの音速である仮定して対照することにより音速換算熱量ＱS を算出する。
【００２６】
二酸化炭素濃度測定機構５０は、測定対象ガスである天然ガスに含まれる二酸化炭素ガスの濃度ＸCO2 を測定する二酸化炭素濃度測定手段５１を備えている。
二酸化炭素濃度測定手段５１としては、特に限定されるものではないが、例えば、赤外線が検知対象ガスである二酸化炭素ガスによって吸収されることによる赤外線光量の減衰の程度に応じて二酸化炭素ガスの濃度ＸCO2 を検出する赤外式センサを備えたものにより構成することが好ましい。二酸化炭素濃度測定手段５１として、いわゆる非分散型赤外線吸収法を利用したものが用いられることにより、測定対象ガスに含まれる他の雑ガスの影響を可及的に小さくすることができ、二酸化炭素ガスの濃度ＸCO2 を高い精度で検出することができる。
【００２７】
窒素濃度計算機構３０は、屈折率換算熱量測定機構２１によって得られた屈折率換算熱量ＱO の値と、音速換算熱量測定機構２５によって得られた音速換算熱量ＱS の値と、二酸化炭素濃度測定機構５０によって得られた二酸化炭素ガスの濃度ＸCO2 の値とに基づいて、下記式（２）により、補正因子αとして１．１〜４．２の範囲内、好ましくは２．００〜２．６０の範囲内において選択される値を用いる条件にて、測定対象ガスである天然ガスに含まれる窒素ガスの濃度ＸN2 を算出する。補正因子αの値は、例えば、測定対象ガスに含まれる雑ガス成分（例えば窒素ガスおよび二酸化炭素ガスなど）の各々について、屈折率換算熱量ＱO および音速換算熱量ＱSを実際に測定し、得られた屈折率換算熱量ＱO および音速換算熱量ＱSの、例えばガスクロマトグラフィを用いた分析によって得られた熱量に対する誤差の比に基づいて設定することができる。ここに、補正因子αの値は、測定対象ガスに含まれる雑ガス成分の種類によって異なる値をとるが、上記数値範囲内から選択された値であることにより、屈折率換算熱量ＱO および音速換算熱量ＱS に生じる測定誤差を適正に補正することができる。
【００２８】
【数３】
2017013897.tif 000005
【００２９】
上記式（２）におけるＸN2 は、体積百分率で表される窒素ガスの濃度〔ｖｏｌ％〕である。ｋN2 は、窒素ガスについての誤差係数であって、雑ガス成分としてのＮ2 が屈折率測定手段２２に及ぼす誤差の影響の大きさを表す。ｋCO2 は、二酸化炭素ガスについての誤差係数であって、雑ガス成分としてのＣＯ2 が屈折率測定手段２２に及ぼす誤差の影響の大きさを表す。計算に供される屈折率換算熱量ＱO の値および音速換算熱量ＱS の値の単位は、〔ＭＪ／Ｎｍ3 〕である。二酸化炭素ガスの濃度ＸCO2 の値の単位は、〔ｖｏｌ％〕である。
【００３０】
窒素ガスについての誤差係数ｋN2 は、例えば２０．００〜３０．００の範囲内において選択される値である。また、二酸化炭素ガスについての誤差係数ｋCO2 は、例えば３５．００〜４５．００の範囲内において選択される値である。窒素ガスについての誤差係数ｋN2 および二酸化炭素ガスについての誤差係数ｋCO2 が上記数値範囲内において選択された値であることにより、屈折率換算熱量ＱO に生じる測定誤差を適正に補正することができる。
具体的には、窒素ガスについての誤差係数ｋN2 の値は、例えば窒素ガス（１００ｖｏｌ％）について実際に屈折率換算熱量測定機構２１によって屈折率換算熱量ＱO を測定し、得られた値に基づいて設定することができる。また、二酸化炭素ガスについての誤差係数ｋCO2 の値についても同様に、例えば二酸化炭素ガス（１００ｖｏｌ％）について実際に屈折率換算熱量測定機構２１によって屈折率換算熱量ＱO を測定し、得られた値に基づいて設定することができる。
【００３１】
熱量計算機構３５は、屈折率換算熱量測定機構２１によって得られた屈折率換算熱量ＱO の値と、音速換算熱量測定機構２５によって得られた音速換算熱量ＱS の値とに基づいて、測定対象ガスである天然ガスの熱量ＱOS の値を算出する。具体的には、屈折率換算熱量ＱOが音速換算熱量ＱS 以下の大きさである場合（ＱO ≦ＱS ）には、下記式（３）により、補正因子αとして１．１〜４．２の範囲内、好ましくは２．００〜２．６０の範囲内において選択される値を用いる条件にて、熱量ＱOS の値を算出する。一方、屈折率換算熱量ＱOの値が音速換算熱量ＱS の値より大きい場合（ＱO ＞ＱS ）には、熱量ＱOS の値として、屈折率換算熱量ＱOの値が用いられる。
【００３２】
【数４】
2017013897.tif 000006
【００３３】
また、熱量計算機構３５は、このようにして得られた熱量ＱOS の値と、二酸化炭素濃度測定機構５０によって得られた二酸化炭素ガスの濃度ＸCO2 の値と、窒素濃度計算機構３０によって得られた窒素ガスの濃度ＸN2 の値とに基づいて、下記式（４）により、基礎熱量Ｑ´の値〔ＭＪ／Ｎｍ3 〕を算出する。
【００３４】
【数５】
2017013897.tif 000007
【００３５】
メタン価算出機構４０は、測定対象ガスである天然ガスのメタン価ＭＮ、具体的には、上述したＡＶＬ基準（基準（ａ））に基づく方法により得られるメタン価の値の近似解を算出する。
メタン価算出機構４０は、熱量測定機構２０により測定された測定対象ガスの基礎熱量Ｑ´の値に基づいて、予め取得しておいた、複数種の基準ガスについての、ＡＶＬ基準に基づく方法により得られるメタン価の値（ＡＶＬ値）と基礎熱量Ｑ´の値との特定の関係式から、測定対象ガスである天然ガスについてのＡＶＬ値の近似解としてのメタン価ＭＮを算出する。複数種の基準ガスは、各々ＡＶＬ基準に基づくメタン価ＭＮの値が異なる天然ガスよりなるものである。
【００３６】
特定の関係式は、横軸を基礎熱量Ｑ´〔ＭＪ／Ｎｍ3 〕とし、縦軸をメタン価（ＡＶＬ値）ＭＮとする座標系において、前記複数種の基準ガスの各々について、基礎熱量Ｑ´の値とメタン価ＭＮの値との関係を示す実測値を取得し、得られた実測値を例えば多項式で曲線近似することにより取得することができる。具体的には、特定の関係式は、上記式（１）で表されるものであることが好ましい。
【００３７】
上記式（１）において、ＭＮはメタン価、具体的にはＡＶＬ値の近似解、ｆ(Q´) は、測定対象ガスの基礎熱量Ｑ´の値に応じて選択される上記式（ａ）〜上記式（ｄ）で表されるいずれかの関数である。上記式（ａ）〜式（ｄ）において、ＸN2 は体積百分率で示される測定対象ガスに含まれる窒素ガスの濃度〔ｖｏｌ％〕、ＸCO2 は、体積百分率で示される測定対象ガスに含まれる二酸化炭素ガスの濃度〔ｖｏｌ％〕である。
【００３８】
上記式（１）におけるＡは、−２．０〜２．０の範囲から選択される値である。このＡについて設定される数値範囲は、式（１）においてＡ＝０とした式で表される基準となるメタン価算出曲線自体の、実際のＬＮＧ気化ガスの燃料性状に即した補正が行われる実用的な許容範囲を示す。Ａの値が上記数値範囲内であれば、後述する実験例の結果に示されるように、算出される近似解のＡＶＬ値に対する誤差率が５．０％以内となり、高い信頼度が得られる。
上記式（１）におけるＡの値の具体的な設定方法としては、例えば、組成が既知の基準ガスについてメタン価を測定し、理論値（ＡＶＬ値）との差分を「Ａ」として設定（オフセット調整）することができる。
【００３９】
上記式（ａ）〜式（ｄ）における「０．３２ＸN2 」の項は、測定された窒素ガス濃度ＸN2 に基づくメタン価の補正量を示す。メタン価の補正量は、例えば図２に示すように、横軸を測定対象ガスに含まれる窒素ガスの体積百分率で示される濃度〔ｖｏｌ％〕とし、縦軸をメタン価（ＡＶＬ値）とする座標系において、メタン価の値が互いに異なる複数種の基準ガスの各々について、窒素ガスの濃度値ＸN2 とＡＶＬ値との関係を示す実測値を取得し、得られた実測値を例えば線形近似することにより取得された近似直線に基づいて設定されたものである。図２から明らかなように、各々の基準ガスについての近似曲線は、互いに同一の大きさの傾きを有していることが理解され、この傾きの大きさが窒素ガスについての補正係数「０．３２」として設定されている。なお、図２は、基準ガスとして、ＣＨ4 と、Ｃ2 Ｈ6 、Ｃ3 Ｈ8 およびＮ2 の混合ガスであって、各ガス成分の濃度を適宜変更したものを用いて得られたものである。
【００４０】
上記式（ａ）〜式（ｄ）における「１．００ＸCO2 」の項は、測定された二酸化炭素ガス濃度ＸCO2 に基づくメタン価の補正量を示す。この二酸化炭素ガスによるメタン価の補正量は、上記窒素ガスによるメタン価の補正量と同様の方法により設定されたものである。二酸化炭素ガスについても、各々の基準ガスについての近似曲線は、互いに同一の大きさの傾きを有しており、この傾きの大きさが二酸化炭素ガスについての補正係数「１．００」として設定されている。
【００４１】
以上において、測定対象ガスである天然ガスには、雑ガス成分として、例えば酸素ガスが含まれていることがある。しかし、天然ガスに含まれる酸素ガスはごく微量であるため、酸素ガスについては、メタン価に対する影響を実質的に無視することができる。
【００４２】
以上において、図１における１１は、測定対象ガスを屈折率測定手段２２、音速測定手段２６および二酸化炭素濃度測定手段５１の各々に供給するための測定対象ガス導入部、１２は、屈折率測定手段２２において検知原理上必要とされる参照ガスを導入するための参照ガス導入部、１３はガス排出部である。また、図１における二点鎖線は、ガス配管を示す。
【００４３】
上記のメタン価測定装置においては、例えば、適宜のガスサンプリング装置を介してガスパイプラインに配管接続され、ガスパイプライン内を流通する天然ガスの一部が測定対象ガスとして測定対象ガス導入部１１から音速換算熱量測定機構２５の音速測定手段２６および屈折率換算熱量測定機構２１の屈折率測定手段２２の各々に順次に供給される。また、例えば空気などの参照ガスが参照ガス導入部１２から屈折率換算熱量測定機構２１の屈折率測定手段２２に供給される。これにより、屈折率換算熱量測定機構２１においては、天然ガスの屈折率が屈折率測定手段２２によって測定され、その結果に基づいて屈折率換算熱量ＱO が屈折率−熱量換算処理手段２３によって求められる。また、音速換算熱量測定機構２５においては、天然ガスの音速が音速測定手段２６によって測定され、その結果に基づいて音速換算熱量ＱS の値が音速−熱量換算処理手段２７によって求められる。
一方、測定対象ガス導入部１１から導入された天然ガスの他の全部が、二酸化炭素濃度測定機構５０の二酸化炭素濃度測定手段５１に供給される。これにより、二酸化炭素濃度測定機構５０において、天然ガスに含まれる二酸化炭素ガスの濃度ＸCO2 〔ｖｏｌ％（体積百分率）〕が二酸化炭素濃度測定手段５１によって測定される。
【００４４】
以上のようにして得られた、屈折率換算熱量ＱO の値と、音速換算熱量ＱS の値とに基づいて、上記式（２）および上記式（３）により、補正因子αとして特定の範囲内において選択された値を用いて、窒素ガスの濃度ＸN2 および熱量ＱOS  が算出される。そして、熱量ＱOS の値と、二酸化炭素ガスの濃度ＸCO2 の値と、窒素ガス濃度ＸN2 の値とに基づいて、上記式（４）により、測定対象ガスの基礎熱量Ｑ´が算出される。
次いで、メタン価算出機構４０によって、熱量測定機構２０によって得られた基礎熱量Ｑ´の値に応じて選択される上記特定の関係式（式（ａ）〜式（ｄ）のいずれかの関数）に基づいて、ＡＶＬ値の近似解としてのメタン価ＭＮが算出され、その結果が表示機構４５に表示される。
なお、測定対象ガスおよび参照ガスは、ガス排出部１３を介して装置外部に排出される。
【００４５】
而して、上記のメタン価算出方法によれば、予め取得された基礎熱量Ｑ´とメタン価ＭＮとの特定の関係式を利用することにより、測定対象ガスのメタン価ＭＮを測定対象ガスの基礎熱量Ｑ´に基づいて、求めることができる。特定の関係式は、各々ＡＶＬ基準に基づくメタン価の値（ＡＶＬ値）が互いに異なる天然ガスよりなる複数種の基準ガスについて、基礎熱量の値とＡＶＬ値との相関関係を、窒素ガスおよび二酸化炭素ガスが含まれることによる影響を考慮して、実験による裏づけにより定量的に明らかにしたものである。このため、得られるメタン価ＭＮは一応の信頼性を有するものとなる。
従って、このようなメタン価算出方法が実行される上記構成のメタン価測定装置によれば、熱量測定機構２０によって測定対象ガスの基礎熱量Ｑ´を連続的に測定することにより、実際の状況に即した測定対象ガスのＡＶＬ値の近似解としてのメタン価ＭＮを連続的に取得することができるので、燃料ガスとしての天然ガスの実際の燃料性状の監視を行うことができる。従って、ガス組成の変動が生じた場合には、ガス組成の変動に伴うメタン価ＭＮの変動を速やかに検出することができる。
【００４６】
また、上記のメタン価測定装置においては、熱量測定機構２０およびメタン価算出機構４０が外装容器１０内に配設されてなるものであることから、測定システムの構築および操作が簡便となる。しかも、測定に際しては、相当の時間を要することがなく、しかも基礎熱量Ｑ´の算出処理とメタン価ＭＮの算出処理との間にタイムラグが生じることがないため、メタン価ＭＮをリアルタイムに測定することができる。
【００４７】
さらにまた、熱量測定機構２０が、測定対象ガスの熱量を屈折率換算熱量ＱO および音速換算熱量ＱS の２つの換算熱量に基づいて算出する構成のものであることにより、得られる熱量ＱOS は、測定対象ガスのガス組成によらずに当該測定対象ガスの熱量の真値との差の小さい値となるので、算出されるメタン価ＭＮの値の信頼性が一層高いものなる。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
本発明においては、熱量測定機構は、上記構成のものに限定されるものではなく、熱伝導率換算熱量の値と、屈折率換算熱量の値とに基づいて熱量の値を求める構成を有する装置が用いられていてもよい。また、熱量と特定の対応関係を有する物性値の１つ、例えば屈折率、熱伝導率、音速のうちから選ばれる１つを測定し、その測定値に基づいて熱量を求める構成のものであってもよい。このようにして得られた測定対象ガスの熱量に基づいて算出される基礎熱量の値を利用しても、各基準に基づくメタン価の値に対して所定の許容範囲内のメタン価を得ることができる。
【００４９】
以下、本発明の実験例について説明する。
【００５０】
〔実験例１〕
下記表１に示すガス組成を有する１９種類（Ａ〜Ｓ）の試料ガスを用意し、図１に示す構成のメタン価測定装置を用いて、各々の試料ガスＡ〜Ｓのメタン価を測定した。メタン価の算出においては、上記式（１）においてＡ＝０とした特定の関係式を利用した。そして、試料ガスの基礎熱量Ｑ´の値が４２．０〔ＭＪ／Ｎｍ3 〕以下の範囲である場合には上記式（ａ）、基礎熱量Ｑ´の値が４２．０〔ＭＪ／Ｎｍ3 〕より大きく、５５．０〔ＭＪ／Ｎｍ3 〕以下の範囲である場合には上記式（ｂ）、基礎熱量Ｑ´の値が５５．０〔ＭＪ／Ｎｍ3 〕より大きく、６３．０〔ＭＪ／Ｎｍ3 〕以下の範囲である場合には上記式（ｃ）、基礎熱量Ｑ´の値が６３．０〔ＭＪ／Ｎｍ3 〕より大きい範囲である場合には上記式（ｄ）をそれぞれ選択した。また、上記式（２）および式（３）における補正因子αを２．２４とし、式（２）における窒素ガスについての誤差係数ｋN2 を２６．０６、二酸化炭素ガスについての誤差係数ｋCO2 を４０．５３とした。
そして、試料ガスＡ〜Ｓの各々について、ＡＶＬ基準に基づく方法（ＡＶＬ社製のメタン価算出ソフト）によって、ガス組成に基づいて算出されるメタン価を真値としたときの、基礎熱量に基づいて算出されたメタン価の値（熱量換算値）の当該真値に対する誤差を算出した。結果を下記表１に示す。誤差は、熱量換算値から真値を減算することにより得られた値である。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
以上の結果から、本発明に係るメタン価算出方法によれば、パラフィン系炭化水素ガスを主体とし、雑ガス成分としての窒素ガスおよび二酸化炭素ガスを含む試料ガスについて、試料ガスの組成に拘わらず、ＡＶＬ基準に係るメタン価に対して一定の誤差範囲内（±２．８以内）の値のメタン価（近似解）を得ることができることが確認された。
ここに、測定されるメタン価は、ＡＶＬ基準に係るメタン価の例えば±３．０の範囲程度の値であれば、実際上は問題がないものである。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、燃料ガスとしての天然ガスのガス組成の変動に伴うメタン価の変動や熱量の変動といった燃料性状の変動をリアルタイムに検出することができるものであるので、天然ガス燃料エンジンの燃焼制御を行うに際して、極めて有用なものとなることが期待される。
【符号の説明】
【００５４】
１０  外装容器
１１  測定対象ガス導入部
１２  参照ガス導入部
１３  ガス排出部
２０  熱量測定機構
２１  屈折率換算熱量測定機構
２２  屈折率測定手段
２３  屈折率−熱量換算処理手段
２５  音速換算熱量測定機構
２６  音速測定手段
２７  音速−熱量換算処理手段
３０  窒素濃度計算機構
３５  熱量計算機構
４０  メタン価算出機構
４５  表示機構
５０  二酸化炭素濃度測定機構
５１  二酸化炭素濃度測定手段
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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