(57)【要約】【課題】可燃性ガスの発熱量を簡易かつ的確に測定し、可燃性ガスと、支燃性ガスと、の混合を適切に制御可能なガス制御システムを提供する。【解決手段】発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの可燃性ガスの放熱係数又は熱伝導率の値を計測する計測機構と、複数の発熱温度に対する放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置と、発熱量算出式の複数の発熱温度に対する放熱係数又は熱伝導率の独立変数に、複数の発熱温度に対する可燃性ガスの放熱係数又は熱伝導率の値を代入し、可燃性ガスの発熱量の値を算出する発熱量算出部と、を含む発熱量算出システム２１Ａを備えるガス制御システムを提供する。ガス制御システムは、可燃性ガスの発熱量の算出値に基づいて、可燃性ガスと、支燃性ガスと、の混合を制御する制御装置１５０をさらに備える。【選択図】図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの可燃性ガスの放熱係数又は熱伝導率の値を計測する計測機構と、
前記複数の発熱温度に対する前記放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置と、
前記発熱量算出式の前記複数の発熱温度に対する前記放熱係数又は熱伝導率の独立変数に、前記複数の発熱温度に対する前記可燃性ガスの前記放熱係数又は熱伝導率の値を代入し、前記可燃性ガスの発熱量の値を算出する発熱量算出部と、
前記可燃性ガスの発熱量の算出値に基づいて、前記可燃性ガスと、支燃性ガスと、の混合を制御する制御装置と、
を備える、ガス制御システム。
【請求項２】
前記可燃性ガスの流量を検出する可燃性ガス流量計と、
前記支燃性ガスの流量を検出する支燃性ガス流量計と、
を更に備える、請求項１に記載のガス制御システム。
【請求項３】
前記可燃性ガスの発熱量の算出値に基づいて、前記支燃性ガスの流量を制御する支燃性ガス制御弁を更に備える、請求項２に記載のガス制御システム。
【請求項４】
前記可燃性ガスの発熱量の算出値に基づいて、前記可燃性ガスの流量を制御する可燃性ガス制御弁を更に備える、請求項２又は３に記載のガス制御システム。
【請求項５】
前記可燃性ガス及び前記支燃性ガスの混合ガスを燃焼させた際の燃焼ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度センサを更に備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス制御システム。
【請求項６】
前記複数の温度の数が、少なくとも、前記可燃性ガスに含まれる複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガス制御システム。
【請求項７】
前記可燃性ガスが天然ガスである、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガス制御システム。
【請求項８】
前記可燃性ガスが、メタン、プロパン、窒素、及び二酸化炭素を含む、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のガス制御システム。
【請求項９】
発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの可燃性ガスの放熱係数又は熱伝導率の値を計測することと、
前記複数の発熱温度に対する前記放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を用意することと、
前記発熱量算出式の前記複数の発熱温度に対する前記放熱係数又は熱伝導率の独立変数に、前記複数の発熱温度に対する前記可燃性ガスの前記放熱係数又は熱伝導率の値を代入し、前記可燃性ガスの発熱量の値を算出することと、
前記可燃性ガスの発熱量の算出値に基づいて、前記可燃性ガスと、支燃性ガスと、の混合を制御することと、
を含む、ガス制御方法。
【請求項１０】
前記可燃性ガスの流量を検出することと、
前記支燃性ガスの流量を検出することと、
を更に含む、請求項９に記載のガス制御方法。
【請求項１１】
前記可燃性ガスの発熱量の算出値に基づいて、前記支燃性ガスの流量を制御することを更に含む、請求項１０に記載のガス制御方法。
【請求項１２】
前記可燃性ガスの発熱量の算出値に基づいて、前記可燃性ガスの流量を制御することを更に含む、請求項１０又は１１に記載のガス制御方法。
【請求項１３】
前記可燃性ガス及び前記支燃性ガスの混合ガスを燃焼させた際の燃焼ガスの酸素濃度を検出することを更に含む、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載のガス制御方法。
【請求項１４】
前記複数の温度の数が、少なくとも、前記可燃性ガスに含まれる複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項９乃至１３のいずれか１項に記載のガス制御方法。
【請求項１５】
前記可燃性ガスが天然ガスである、請求項９乃至１４のいずれか１項に記載のガス制御方法。
【請求項１６】
前記可燃性ガスが、メタン、プロパン、窒素、及び二酸化炭素を含む、請求項９乃至１５のいずれか１項に記載のガス制御方法。
【請求項１７】
可燃性ガスが流される流路と、
前記流路に配置された測温素子と、
前記流路に配置された、複数の発熱温度で発熱する発熱素子と、
前記可燃性ガスの温度に依存する前記測温素子からの電気信号の値と、前記複数の発熱温度のそれぞれにおける前記発熱素子からの電気信号の値と、を計測する計測モジュールと、
前記測温素子からの電気信号及び前記複数の発熱温度における前記発熱素子からの電気信号を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置と、
前記発熱量算出式の前記測温素子からの電気信号の独立変数、及び前記発熱素子からの電気信号の独立変数に、前記測温素子からの電気信号の値、及び前記前記発熱素子からの電気信号の値を代入し、前記可燃性ガスの発熱量の値を算出する発熱量算出部と、
前記可燃性ガスの発熱量の算出値に基づいて、前記可燃性ガスと、支燃性ガスと、の混合を制御する制御装置と、
を備える、ガス制御システム。
【請求項１８】
前記可燃性ガスの流量を検出する可燃性ガス流量計と、
前記支燃性ガスの流量を検出する支燃性ガス流量計と、
を更に備える、請求項１７に記載のガス制御システム。
【請求項１９】
前記可燃性ガスの発熱量の算出値に基づいて、前記支燃性ガスの流量を制御する支燃性ガス制御弁を更に備える、請求項１８に記載のガス制御システム。
【請求項２０】
前記可燃性ガスの発熱量の算出値に基づいて、前記可燃性ガスの流量を制御する可燃性ガス制御弁を更に備える、請求項１８又は１９に記載のガス制御システム。
【請求項２１】
前記可燃性ガス及び前記支燃性ガスの混合ガスを燃焼させた際の燃焼ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度センサを更に備える、請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載のガス制御システム。
【請求項２２】
前記複数の温度の数が、少なくとも、前記可燃性ガスに含まれる複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項１７乃至２１のいずれか１項に記載のガス制御システム。
【請求項２３】
前記可燃性ガスが天然ガスである、請求項１７乃至２２のいずれか１項に記載のガス制御システム。
【請求項２４】
前記可燃性ガスが、メタン、プロパン、窒素、及び二酸化炭素を含む、請求項１７乃至２３のいずれか１項に記載のガス制御システム。
【請求項２５】
可燃性ガスの温度に依存する測温素子からの電気信号の値を得ることと、
前記可燃性ガスに接する発熱素子を複数の発熱温度で発熱させることと、
前記複数の発熱温度のそれぞれにおける前記発熱素子からの電気信号の値を得ることと、
前記測温素子からの電気信号及び前記複数の発熱温度における前記発熱素子からの電気信号を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を用意することと、
前記発熱量算出式の前記測温素子からの電気信号の独立変数、及び前記発熱素子からの電気信号の独立変数に、前記測温素子からの電気信号の値、及び前記発熱素子からの電気信号の値を代入し、前記可燃性ガスの発熱量の値を算出することと、
前記可燃性ガスの発熱量の算出値に基づいて、前記可燃性ガスと、支燃性ガスと、の混合を制御することと、
を含む、ガス制御方法。
【請求項２６】
前記可燃性ガスの流量を検出することと、
前記支燃性ガスの流量を検出することと、
を更に含む、請求項２５に記載のガス制御方法。
【請求項２７】
前記可燃性ガスの発熱量の算出値に基づいて、前記支燃性ガスの流量を制御することを更に含む、請求項２６に記載のガス制御方法。
【請求項２８】
前記可燃性ガスの発熱量の算出値に基づいて、前記可燃性ガスの流量を制御することを更に含む、請求項２６又は２７に記載のガス制御方法。
【請求項２９】
前記可燃性ガス及び前記支燃性ガスの混合ガスを燃焼させた際の燃焼ガスの酸素濃度を検出することを更に含む、請求項２５乃至２８のいずれか１項に記載のガス制御方法。
【請求項３０】
前記複数の温度の数が、少なくとも、前記可燃性ガスに含まれる複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項２５乃至２９のいずれか１項に記載のガス制御方法。
【請求項３１】
前記可燃性ガスが天然ガスである、請求項２５乃至３０のいずれか１項に記載のガス制御方法。
【請求項３２】
前記可燃性ガスが、メタン、プロパン、窒素、及び二酸化炭素を含む、請求項２５乃至３１のいずれか１項に記載のガス制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス技術に係り、ガス制御システム及びガス制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
欧米、アジアではガス田からパイプラインを用いて天然ガスを供給することが一般的である。天然ガスは、主成分のメタン等のアルカン以外に、不純物としてノンカロリー成分である窒素及び炭酸ガス等を含む。そのため、単位時間当たりの供給熱量が大きく変動する場合がある。可燃性ガスを燃焼させる場合、不完全燃焼をさけるため、完全燃焼に必要な理論空気量から余裕を見た空気量、いわゆる過剰空気量が可燃性ガスに混合されている。特に、天然ガスの場合、熱量が大きく変動することを見越して、より過剰な空気量が混合される傾向にある。しかし、過剰空気量が可燃性ガスに混合されると、余剰空気が熱を奪い、熱交換で得られる熱量を低下させる。
【０００３】
そのため、可燃性ガスを効率よく燃焼させるために、空気と混合する前の可燃性ガスの組成をガスクロマトグラフィ装置で分析し、可燃性ガスの熱量を計測することが提案されている。また、空気等の支燃性ガスと、可燃性ガスと、の空燃比を理論空燃比に近づけるために、燃焼排気ガス中の酸素濃度を酸素センサで測定し、測定された酸素濃度に基づいて空燃比を制御するシステムも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−５５９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ガスクロマトグラフィ装置は高価であり、また分析に要する時間が長い。そのため、ガスクロマトグラフィ装置は、可燃性ガスの組成の変動をリアルタイムに監視するには適していない。酸素センサについても、酸素濃度の検出に時間がかかる場合がある。そこで、本発明は、可燃性ガスの発熱量を簡易かつ的確に測定し、可燃性ガスと、支燃性ガスと、の混合を適切に制御可能なガス制御システム及びガス制御方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様によれば、（ａ）発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの可燃性ガスの放熱係数又は熱伝導率の値を計測する計測機構と、（ｂ）複数の発熱温度に対する放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置と、（ｃ）発熱量算出式の複数の発熱温度に対する放熱係数又は熱伝導率の独立変数に、複数の発熱温度に対する可燃性ガスの放熱係数又は熱伝導率の値を代入し、可燃性ガスの発熱量の値を算出する発熱量算出部と、（ｄ）可燃性ガスの発熱量の算出値に基づいて、可燃性ガスと、支燃性ガスと、の混合を制御する制御装置と、を備えるガス制御システムが提供される。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、（ａ）発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの可燃性ガスの放熱係数又は熱伝導率の値を計測することと、（ｂ）複数の発熱温度に対する放熱係数又は熱伝導率を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を用意することと、（ｃ）発熱量算出式の複数の発熱温度に対する放熱係数又は熱伝導率の独立変数に、複数の発熱温度に対する可燃性ガスの放熱係数又は熱伝導率の値を代入し、可燃性ガスの発熱量の値を算出することと、（ｄ）可燃性ガスの発熱量の算出値に基づいて、可燃性ガスと、支燃性ガスと、の混合を制御することと、を含むガス制御方法が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、（ａ）可燃性ガスが流される流路と、（ｂ）流路に配置された測温素子と、（ｃ）流路に配置された、複数の発熱温度で発熱する発熱素子と、（ｄ）可燃性ガスの温度に依存する測温素子からの電気信号の値と、複数の発熱温度のそれぞれにおける発熱素子からの電気信号の値と、を計測する計測モジュールと、（ｅ）測温素子からの電気信号及び複数の発熱温度における発熱素子からの電気信号を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置と、（ｆ）発熱量算出式の測温素子からの電気信号の独立変数、及び発熱素子からの電気信号の独立変数に、測温素子からの電気信号の値、及び発熱素子からの電気信号の値を代入し、可燃性ガスの発熱量の値を算出する発熱量算出部と、（ｇ）可燃性ガスの発熱量の算出値に基づいて、可燃性ガスと、支燃性ガスと、の混合を制御する制御装置と、を備えるガス制御システムが提供される。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、（ａ）可燃性ガスの温度に依存する測温素子からの電気信号の値を得ることと、（ｂ）可燃性ガスに接する発熱素子を複数の発熱温度で発熱させることと、（ｃ）複数の発熱温度のそれぞれにおける発熱素子からの電気信号の値を得ることと、（ｄ）測温素子からの電気信号及び複数の発熱温度における発熱素子からの電気信号を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を用意することと、（ｅ）発熱量算出式の測温素子からの電気信号の独立変数、及び発熱素子からの電気信号の独立変数に、測温素子からの電気信号の値、及び発熱素子からの電気信号の値を代入し、可燃性ガスの発熱量の値を算出することと、（ｆ）可燃性ガスの発熱量の算出値に基づいて、可燃性ガスと、支燃性ガスと、の混合を制御することと、を含むガス制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、可燃性ガスの発熱量を簡易かつ的確に測定し、可燃性ガスと、支燃性ガスと、の混合を適切に制御可能なガス制御システム及びガス制御方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロチップの斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロチップの図１のＩＩ−ＩＩ方向から見た断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る発熱素子に関する回路図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る測温素子に関する回路図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る発熱素子の発熱温度と、ガスの放熱係数の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る発熱量算出式作成システムの第１の模式図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る発熱量算出式作成システムの第２の模式図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る発熱量算出システムの模式図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る発熱量の測定方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第１の実施の形態の実施例に係るサンプル混合ガスの組成と、発熱量と、の関係を示す表である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態の実施例に係るサンプル混合ガスの算出された発熱量と、真の発熱量と、を示すグラフである。
【図１３】本発明の第１の実施の形態の実施例に係るサンプル混合ガスの真の発熱量と、算出された発熱量と、の関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の第１の実施の形態に係るガス制御システムの模式図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る発熱量算出式作成システムの模式図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る発熱量算出システムの模式図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係るガス制御システムの模式図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る熱伝導率と放熱係数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】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１３】
（第１の実施の形態）
［発熱量算出式作成システム及び発熱量算出式の作成方法］
まず、本発明の第１の実施の形態に係るガス制御システムが用いる発熱量算出式を作成可能な発熱量算出式作成システム及び発熱量算出式の作成方法について説明する。発熱量算出式作成システムは、斜視図である図１、及びＩＩ−ＩＩ方向から見た断面図である図２に示す、マイクロチップ８を備える。マイクロチップ８は、キャビティ６６が設けられた基板６０、及び基板６０上にキャビティ６６を覆うように配置された絶縁膜６５を備える。基板６０の厚みは、例えば０．５ｍｍである。また、基板６０の縦横の寸法は、例えばそれぞれ１．５ｍｍ程度である。絶縁膜６５のキャビティ６６を覆う部分は、断熱性のダイアフラムをなしている。さらにマイクロチップ８は、絶縁膜６５のダイアフラムの部分に設けられた発熱素子６１と、発熱素子６１を挟むように絶縁膜６５のダイアフラムの部分に設けられた第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３と、基板６０上に設けられた保温素子６４と、を備える。
【００１４】
発熱素子６１は、キャビティ６６を覆う絶縁膜６５のダイアフラムの部分の中心に配置されている。発熱素子６１は、例えば抵抗器であり、電力を与えられて発熱し、発熱素子６１に接する雰囲気ガスを加熱する。第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３のそれぞれは、例えば抵抗器であり、発熱素子６１が発熱する前の雰囲気ガスのガス温度を検出する。なお、第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３のいずれかのみを用いてガス温度を検出してもよい。あるいは、第１の測温素子６２が検出したガス温度と、第２の測温素子６３が検出したガス温度と、の平均値を、ガス温度として採用してもよい。以下においては、第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３が検出したガス温度の平均値をガス温度として採用する例を説明するが、これに限定されない。
【００１５】
保温素子６４は、例えば抵抗器であり、電力を与えられて発熱し、基板６０の温度を一定に保つ。基板６０の材料としては、シリコン（Ｓｉ）等が使用可能である。絶縁膜６５の材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等が使用可能である。キャビティ６６は、異方性エッチング等により形成される。また発熱素子６１、第１の測温素子６２、第２の測温素子６３、及び保温素子６４のそれぞれの材料には白金（Ｐｔ）等が使用可能であり、リソグラフィ法等により形成可能である。
【００１６】
図３に示すように、発熱素子６１の一端には、例えば、オペアンプ１７０の＋入力端子が電気的に接続され、他端は接地される。また、オペアンプ１７０の＋入力端子及び出力端子と並列に、抵抗素子１６１が接続される。オペアンプ１７０の−入力端子は、直列に接続された抵抗素子１６２と抵抗素子１６３との間、直列に接続された抵抗素子１６３と抵抗素子１６４との間、直列に接続された抵抗素子１６４と抵抗素子１６５との間、又は抵抗素子１６５の接地端子に電気的に接続される。各抵抗素子１６２−１６５の抵抗値を適当に定めることにより、例えば５．０Ｖの電圧Ｖｉｎを抵抗素子１６２の一端に印加すると、抵抗素子１６３と抵抗素子１６２との間には、例えば２．４Ｖの電圧ＶL3が生じる。また、抵抗素子１６４と抵抗素子１６３との間には、例えば１．９Ｖの電圧ＶL2が生じ、抵抗素子１６５と抵抗素子１６４との間には、例えば１．４Ｖの電圧ＶL1が生じる。
【００１７】
抵抗素子１６２及び抵抗素子１６３の間と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ１が設けられており、抵抗素子１６３及び抵抗素子１６４の間と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ２が設けられている。また、抵抗素子１６４及び抵抗素子１６５の間と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ３が設けられており、抵抗素子１６５の接地端子と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ４が設けられている。
【００１８】
オペアンプ１７０の−入力端子に２．４Ｖの電圧ＶL3を印加する場合、スイッチＳＷ１のみが通電され、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４は切断される。オペアンプ１７０の−入力端子に１．９Ｖの電圧ＶL2を印加する場合、スイッチＳＷ２のみが通電され、スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４は切断される。オペアンプ１７０の−入力端子に１．４Ｖの電圧ＶL1を印加する場合、スイッチＳＷ３のみが通電され、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４は切断される。オペアンプ１７０の−入力端子に０Ｖの電圧ＶL0を印加する場合、スイッチＳＷ４のみが通電され、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は切断される。したがって、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４の開閉によって、オペアンプ１７０の−入力端子に０Ｖ又は３段階の電圧のいずれかを印加可能である。そのため、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４の開閉によって、発熱素子６１の発熱温度を定める印加電圧を３段階に設定可能である。
【００１９】
図１及び図２に示す発熱素子６１は、温度によって抵抗値が変化する。発熱素子６１の発熱温度ＴHと、発熱素子６１の抵抗値ＲHの関係は、下記（１）式で与えられる。
RH = RSTD×[1+α(TH-TSTD) + β(TH-TSTD)2]       ・・・(1)
ここで、ＴSTDは標準温度を表し、例えば２０℃である。ＲSTDは標準温度ＴSTDにおける予め計測された抵抗値を表す。αは１次の抵抗温度係数、βは２次の抵抗温度係数を表す。また、発熱素子６１の抵抗値ＲHは、発熱素子６１の駆動電力ＰHと、発熱素子６１の通電電流ＩHから、下記（２）式で与えられる。
RH = PH / IH2   ・・・(2)
あるいは発熱素子６１の抵抗値ＲHは、発熱素子６１にかかる電圧ＶHと、発熱素子６１の通電電流ＩHから、下記（３）式で与えられる。
RH = VH / IH    ・・・(3)
【００２０】
ここで、発熱素子６１の発熱温度ＴHは、発熱素子６１と雰囲気ガスの間が熱的に平衡になったときに安定する。なお、熱的に平衡な状態とは、発熱素子６１の発熱と、発熱素子６１から雰囲気ガスへの放熱とが釣り合っている状態をいう。下記（４）式に示すように、平衡状態における発熱素子６１の駆動電力ＰHを、発熱素子６１の発熱温度ＴHと雰囲気ガスの温度ＴOとの差で割ることにより、雰囲気ガスの放熱係数ＭOが得られる。なお、放熱係数ＭOの単位は、例えばＷ／℃である。
MO = PH / (TH - TO)     ・・・(4)
【００２１】
発熱素子６１の通電電流ＩHと、駆動電力ＰH又は電圧ＶHは計測可能であるため、上記（１）乃至（３）式から発熱素子６１の発熱温度ＴHが算出可能である。また、雰囲気ガスの温度ＴOは、図１に示す第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３で測定可能である。したがって、図１及び図２に示すマイクロチップ８を用いて、雰囲気ガスの放熱係数ＭOが算出可能である。
【００２２】
マイクロチップ８は、マイクロチップ８の底面に配置された断熱部材１８を介して、雰囲気ガスが充填されるチャンバ等に固定される。断熱部材１８を介してマイクロチップ８をチャンバ等に固定することにより、マイクロチップ８の温度が、チャンバ等の内壁の温度変動の影響を受けにくくなる。断熱部材１８はガラス等からなり、熱伝導率は、例えば１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。
【００２３】
図４に示すように、第１の測温素子６２の一端には、例えば、オペアンプ２７０の−入力端子が電気的に接続され、他端は接地される。また、オペアンプ２７０の−入力端子及び出力端子と並列に、抵抗素子２６１が接続される。オペアンプ２７０の＋入力端子は、直列に接続された抵抗素子２６４と抵抗素子２６５との間に電気的に接続される。これにより、第１の測温素子６２には、０．３Ｖ程度の弱い電圧が加えられる。
【００２４】
なお、保温素子６４で基板６０の温度を一定に保つことにより、発熱素子６１が発熱する前のマイクロチップ８の近傍の雰囲気ガスの温度が、基板６０の一定の温度と近似する。そのため、発熱素子６１が発熱する前の雰囲気ガスの温度の変動が抑制される。温度変動が一度抑制された雰囲気ガスを発熱素子６１でさらに加熱することにより、より高い精度で放熱係数ＭIを算出することが可能となる。
【００２５】
ここで、雰囲気ガスが混合ガスであり、混合ガスが、ガスＡ、ガスＢ、ガスＣ、及びガスＤの４種類のガス成分からなっていると仮定する。ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDの総和は、下記（５）式で与えられるように、１である。
VA+VB+VC+VD=1   ・・・(5)
【００２６】
また、ガスＡの単位体積当たりの発熱量をＫA、ガスＢの単位体積当たりの発熱量をＫB、ガスＣの単位体積当たりの発熱量をＫC、ガスＤの単位体積当たりの発熱量をＫDとすると、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、各ガス成分の体積率に、各ガス成分の単位体積当たりの発熱量を乗じたものの総和で与えられる。したがって、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、下記（６）式で与えられる。なお、単位体積当たりの発熱量の単位は、例えばＭＪ／ｍ3である。
Q = KA×VA+ KB×VB+ KC×VC+KD×VD       ・・・(6)
【００２７】
また、ガスＡの放熱係数をＭA、ガスＢの放熱係数をＭB、ガスＣの放熱係数をＭC、ガスＤの放熱係数をＭDとすると、混合ガスの放熱係数ＭIは、各ガス成分の体積率に、各ガス成分の放熱係数を乗じたものの総和で与えられる。したがって、混合ガスの放熱係数ＭIは、下記（７）式で与えられる。
MI = MA×VA+ MB×VB+ MC×VC+MD×VD      ・・・(7)
【００２８】
さらに、ガスの放熱係数は発熱素子６１の発熱温度ＴHに依存するので、混合ガスの放熱係数ＭIは、発熱素子６１の発熱温度ＴHの関数として、下記（８）式で与えられる。
MI (TH)= MA(TH)×VA+ MB(TH)×VB+ MC(TH)×VC+MD(TH)×VD  ・・・(8)
【００２９】
したがって、発熱素子６１の発熱温度がＴH1のときの混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1）は下記（９）式で与えられる。また、発熱素子６１の発熱温度がＴH2のときの混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH2）は下記（１０）式で与えられ、発熱素子６１の発熱温度がＴH3のときの混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH3）は下記（１１）式で与えられる。なお、発熱温度ＴH1、発熱温度ＴH2、発熱温度ＴH3は異なる温度である。
MI (TH1)= MA(TH1)×VA+ MB(TH1)×VB+ MC(TH1)×VC+MD(TH1)×VD     ・・・(9)
MI (TH2)= MA(TH2)×VA+ MB(TH2)×VB+ MC(TH2)×VC+MD(TH2)×VD     ・・・(10)
MI (TH3)= MA(TH3)×VA+ MB(TH3)×VB+ MC(TH3)×VC+MD(TH3)×VD     ・・・(11)
【００３０】
ここで、発熱素子６１の発熱温度ＴHに対して各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH），ＭB（ＴH），ＭC（ＴH），ＭD（ＴH）が非線形性を有する場合、上記（９）乃至（１１）式は、線形独立な関係を有する。また、発熱素子６１の発熱温度ＴHに対して各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH），ＭB（ＴH），ＭC（ＴH），ＭD（ＴH）が線形性を有する場合でも、発熱素子６１の発熱温度ＴHに対する各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH），ＭB（ＴH），ＭC（ＴH），ＭD（ＴH）の変化率が異なる場合は、上記（９）乃至（１１）式は、線形独立な関係を有する。さらに、（９）乃至（１１）式が線形独立な関係を有する場合、（５）式及び（９）乃至（１１）式は線形独立な関係を有する。
【００３１】
図５は、天然ガスに含まれるメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の放熱係数と発熱素子６１の発熱温度の関係を示すグラフである。発熱素子６１の発熱温度に対して、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）のそれぞれのガス成分の放熱係数は線形性を有する。しかし、発熱素子６１の発熱温度に対する放熱係数の変化率は、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）のそれぞれで異なる。したがって、混合ガスを構成するガス成分がメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）であるである場合、上記（９）乃至（１１）式は、線形独立な関係を有する。
【００３２】
（９）乃至（１１）式中の各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH1），ＭB（ＴH1），ＭC（ＴH1），ＭD（ＴH1），ＭA（ＴH2），ＭB（ＴH2），ＭC（ＴH2），ＭD（ＴH2），ＭA（ＴH3），ＭB（ＴH3），ＭC（ＴH3），ＭD（ＴH3）の値は、計測等により予め得ることが可能である。したがって、（５）式及び（９）乃至（１１）式の連立方程式を解くと、ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDのそれぞれが、下記（１２）乃至（１５）式に示すように、混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）の関数として与えられる。なお、下記（１２）乃至（１５）式において、ｎを自然数としてｆnは、関数を表す記号である。
VA=f1[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)]     ・・・(12)
VB=f2[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)]     ・・・(13)
VC=f3[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)]     ・・・(14)
VD=f4[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)]     ・・・(15)
【００３３】
ここで、上記（６）式に（１６）乃至（１９）式を代入することにより、下記（１６）式が得られる。
Q = KA×VA+ KB×VB+ KC×VC+KD×VD
= KA×f1[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)]
+ KB×f2[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)]
+ KC×f3[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)]
+ KD×f4[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)]  ・・・(16)
【００３４】
上記（１６）式から明らかなように、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、発熱素子６１の発熱温度がＴH1，ＴH2，ＴH3である場合の混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）を変数とする方程式で与えられる。したがって、混合ガスの発熱量Ｑは、ｇを関数を表す記号として、下記（１７）式で与えられる。
Q = g[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)]     ・・・(17)
【００３５】
よって、ガスＡ、ガスＢ、ガスＣ、及びガスＤからなる混合ガスについて、予め上記（１７）式を得れば、ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDが未知の検査対象混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑを容易に算出可能であることを、発明者らは見出した。具体的には、発熱素子６１の発熱温度がＴH1，ＴH2，ＴH3である場合の検査対象混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）を計測し、（１７）式に代入することにより、検査対象混合ガスの発熱量Ｑを一意に求めることが可能となる。
【００３６】
なお、混合ガスのガス成分は、４種類に限定されることはない。例えば、混合ガスがｎ種類のガス成分からなる場合、まず、下記（１８）式で与えられる、発熱素子６１の少なくともｎ−１種類の発熱温度ＴH1，ＴH2，ＴH3，・・・，ＴHn-1に対する混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3），・・・，ＭI（ＴHn-1）を変数とする方程式を予め取得する。そして、発熱素子６１のｎ−１種類の発熱温度ＴH1，ＴH2，ＴH3，・・・，ＴHn-1に対する、ｎ種類のガス成分のそれぞれの体積率が未知の検査対象混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3），・・・，ＭI（ＴHn-1）を計測し、（１８）式に代入することにより、検査対象混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑを一意に求めることが可能となる。
Q = g[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), ・・・, MI (THn-1) ]   ・・・(18)
【００３７】
ただし、混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えて、ｊを自然数として、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）を、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしても、（１８）式の算出には影響しない。例えば、エタン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、ペンタン（Ｃ5Ｈ12）、ヘキサン（Ｃ6Ｈ14）を、下記（１９）乃至（２２）式に示すように、それぞれ所定の係数を掛けられたメタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなして（１８）式を算出してもかまわない。
C2H6 = 0.5 CH4 + 0.5 C3H8               ・・・(19)
C4H10 = -0.5 CH4 + 1.5 C3H8             ・・・(20)
C5H12 = -1.0 CH4 + 2.0 C3H8             ・・・(21)
C6H14 = -1.5 CH4 + 2.5 C3H8             ・・・(22)
【００３８】
したがって、ｚを自然数として、ｎ種類のガス成分からなる混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えて、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のｚ種類のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合、少なくともｎ−ｚ−１種類の発熱温度における混合ガスの放熱係数ＭIを変数とする方程式を求めてもよい。
【００３９】
なお、（１８）式の算出に用いられた混合ガスのガス成分の種類と、単位体積当たりの発熱量Ｑが未知の検査対象混合ガスのガス成分の種類が同じ場合に、検査対象混合ガスの発熱量Ｑの算出に（１８）式を利用可能であることはもちろんである。さらに、検査対象混合ガスがｎ種類より少ない種類のガス成分からなり、かつ、ｎ種類より少ない種類のガス成分が、（１８）式の算出に用いられた混合ガスに含まれている場合も、（１８）式を利用可能である。例えば、（１８）式の算出に用いられた混合ガスが、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の４種類のガス成分を含む場合、検査対象混合ガスが、窒素（Ｎ2）を含まず、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の３種類のガス成分のみを含む場合も、検査対象混合ガスの発熱量Ｑの算出に（１８）式を利用可能である。
【００４０】
さらに、（１８）式の算出に用いられた混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）を含む場合、検査対象混合ガスが、（１８）式の算出に用いられた混合ガスに含まれていないアルカン（ＣjＨ2j+2）を含んでいても、（１８）式を利用可能である。これは、上述したように、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）を、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしても、（１８）式を用いた単位体積当たりの発熱量Ｑの算出に影響しないためである。
【００４１】
ここで、図６に示す発熱量算出式作成システム２０Ａは、発熱量Ｑの値が既知のサンプル混合ガスが充填されるチャンバ１０１と、図１及び図２に示す発熱素子６１、第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３を用いて、サンプル混合ガスの複数の放熱係数ＭIの値を計測する図６に示す計測機構１０と、を備える。さらに、発熱量算出式作成システム２０Ａは、サンプル混合ガスの既知の発熱量Ｑの値、及びサンプル混合ガスの複数の放熱係数ＭIの値に基づいて、発熱素子６１の複数の発熱温度に対するガスの放熱係数ＭIを独立変数とし、ガスの発熱量Ｑを従属変数とする発熱量算出式を作成する式作成モジュール３０２を備える。なお、サンプル混合ガスは、複数種類のガス成分を含む。
【００４２】
計測機構１０は、サンプル混合ガスが注入されるチャンバ１０１内に配置された、図１及び図２を用いて説明したマイクロチップ８を備える。マイクロチップ８は、断熱部材１８を介してチャンバ１０１内に配置されている。チャンバ１０１には、サンプル混合ガスをチャンバ１０１に送るための流路１０２と、サンプル混合ガスをチャンバ１０１から外部に排出するための流路１０３と、が接続されている。
【００４３】
それぞれ発熱量Ｑが異なる４種類のサンプル混合ガスが使用される場合、図７に示すように、第１のサンプル混合ガスを貯蔵する第１のガスボンベ５０Ａ、第２のサンプル混合ガスを貯蔵する第２のガスボンベ５０Ｂ、第３のサンプル混合ガスを貯蔵する第３のガスボンベ５０Ｃ、及び第４のサンプル混合ガスを貯蔵する第４のガスボンベ５０Ｄが用意される。第１のガスボンベ５０Ａには、流路９１Ａを介して、第１のガスボンベ５０Ａから例えば０．２ＭＰａ等の低圧に調節された第１のサンプル混合ガスを得るための第１のガス圧調節器３１Ａが接続されている。また、第１のガス圧調節器３１Ａには、流路９２Ａを介して、第１の流量制御装置３２Ａが接続されている。第１の流量制御装置３２Ａは、流路９２Ａ及び流路１０２を介して発熱量算出式作成システム２０Ａに送られる第１のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００４４】
第２のガスボンベ５０Ｂには、流路９１Ｂを介して、第２のガス圧調節器３１Ｂが接続されている。また、第２のガス圧調節器３１Ｂには、流路９２Ｂを介して、第２の流量制御装置３２Ｂが接続されている。第２の流量制御装置３２Ｂは、流路９２Ｂ，９３，１０２を介して発熱量算出式作成システム２０Ａに送られる第２のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００４５】
第３のガスボンベ５０Ｃには、流路９１Ｃを介して、第３のガス圧調節器３１Ｃが接続されている。また、第３のガス圧調節器３１Ｃには、流路９２Ｃを介して、第３の流量制御装置３２Ｃが接続されている。第３の流量制御装置３２Ｃは、流路９２Ｃ，９３，１０２を介して発熱量算出式作成システム２０Ａに送られる第３のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００４６】
第４のガスボンベ５０Ｄには、流路９１Ｄを介して、第４のガス圧調節器３１Ｄが接続されている。また、第４のガス圧調節器３１Ｄには、流路９２Ｄを介して、第４の流量制御装置３２Ｄが接続されている。第４の流量制御装置３２Ｄは、流路９２Ｄ，９３，１０２を介して発熱量算出式作成システム２０Ａに送られる第４のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００４７】
第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれは、例えば発熱量Ｑが既知の天然ガスである。第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれは、例えばメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の４種類のガス成分を含む。
【００４８】
第１のサンプル混合ガスがチャンバ１０１に充填された後、マイクロチップ８の図１及び図２に示す第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３は、発熱素子６１が発熱する前の第１のサンプル混合ガスの温度ＴIを検出する。その後、発熱素子６１は、図６に示す駆動回路３０３から駆動電力ＰHを与えられる。駆動電力ＰHを与えられることにより、図１及び図２に示す発熱素子６１は、例えば、１００℃、１５０℃、及び２００℃で発熱する。
【００４９】
図６に示すチャンバ１０１から第１のサンプル混合ガスが除去された後、第２乃至第４のサンプル混合ガスがチャンバ１０１に順次充填される。第２乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれがチャンバ１０１に充填された後、マイクロチップ８は、第２乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの温度ＴIを検出する。また、図１及び図２に示す発熱素子６１は、駆動電力ＰHを与えられ、１００℃、１５０℃、及び２００℃で発熱する。
【００５０】
なお、それぞれのサンプル混合ガスがｎ種類のガス成分を含む場合、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱素子６１は、少なくともｎ−１種類の異なる発熱温度で発熱させられる。ただし、上述したように、メタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）は、メタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしうる。したがって、ｚを自然数として、ｎ種類のガス成分からなるサンプル混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えてｚ種類のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合は、発熱素子６１は、少なくともｎ−ｚ−１種類の異なる発熱温度で発熱させられる。
【００５１】
図６に示す計測機構１０は、マイクロチップ８に接続された放熱係数算出モジュール３０１をさらに備える。放熱係数算出モジュール３０１は、上記（４）式に示すように、図１及び図２に示すマイクロチップ８の発熱素子６１の第１の駆動電力ＰH1を、発熱素子６１の第１の発熱温度ＴH（ここでは１００℃）と、第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの温度ＴIと、の差で割る。これにより、発熱温度が１００℃の発熱素子６１と熱的に平衡な第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数ＭIの値が算出される。
【００５２】
また、図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱素子６１の第２の駆動電力ＰH2を、発熱素子６１の第２の発熱温度ＴH（ここでは１５０℃）と、第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの温度ＴIと、の差で割る。これにより、発熱温度が１５０℃の発熱素子６１と熱的に平衡な第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数ＭIの値が算出される。
【００５３】
さらに、図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱素子６１の第３の駆動電力ＰH3を、発熱素子６１の第３の発熱温度ＴH（ここでは２００℃）と、第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの温度ＴIと、の差で割る。これにより、発熱温度が２００℃の発熱素子６１と熱的に平衡な第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数ＭIの値が算出される。
【００５４】
図６に示す発熱量算出式作成システム２０Ａは、ＣＰＵ３００に接続された放熱係数記憶装置４０１をさらに備える。放熱係数算出モジュール３０１は、算出した放熱係数ＭIの値を放熱係数記憶装置４０１に保存する。
【００５５】
式作成モジュール３０２は、例えば第１乃至第４のサンプル混合ガスの既知の発熱量Ｑの値と、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の第１乃至第４のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値と、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合の第１乃至第４のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値と、発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合の第１乃至第４のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値と、を収集する。さらに式作成モジュール３０２は、収集した発熱量Ｑ及び放熱係数ＭIの複数の値に基づいて、多変量解析により、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の放熱係数ＭI、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合の放熱係数ＭI、及び発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合の放熱係数ＭIを独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数とする発熱量算出式を算出する。
【００５６】
なお、「多変量解析」とは、Ａ．  Ｊ  Ｓｍｏｌａ及びＢ．  Ｓｃｈｏｌｋｏｐｆ著の「Ａ  Ｔｕｔｏｒｉａｌ  ｏｎ  Ｓｕｐｐｏｒｔ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ」（ＮｅｕｒｏＣＯＬＴ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  （ＮＣ−ＴＲ−９８−０３０）、１９９８年）に開示されているサポートベクトル回帰、重回帰分析、及び特開平５−１４１９９９号公報に開示されているファジィ数量化理論ＩＩ類等を含む。また、放熱係数算出モジュール３０１及び式作成モジュール３０２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００に含まれている。
【００５７】
発熱量算出式作成システム２０Ａは、ＣＰＵ３００に接続された式記憶装置４０２をさらに備える。式記憶装置４０２は、式作成モジュール３０２が作成した発熱量算出式を保存する。さらにＣＰＵ３００には、入力装置３１２及び出力装置３１３が接続される。入力装置３１２としては、例えばキーボード、及びマウス等のポインティングデバイス等が使用可能である。出力装置３１３には液晶ディスプレイ、モニタ等の画像表示装置、及びプリンタ等が使用可能である。
【００５８】
次に、図８に示すフローチャートを用いて発熱量算出式の作成方法について説明する。なお、以下の例では、第１乃至第４のサンプル混合ガスを準備し、図６に示すマイクロチップ８の発熱素子６１を、１００℃、１５０℃、及び２００℃に発熱させる場合を説明する。
【００５９】
（ａ）ステップＳ１００で、図７に示す第２乃至第４の流量制御装置３２Ｂ−３２Ｄの弁を閉じたまま、第１の流量制御装置３２Ａの弁を開き、図６に示すチャンバ１０１内に第１のサンプル混合ガスを導入する。ステップＳ１０１で、図１及び図２に示す第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３は、第１のサンプル混合ガスの温度ＴIを検出する。その後、図６に示す駆動回路３０３は、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱素子６１に第１の駆動電力ＰH1を与え、発熱素子６１を１００℃で発熱させる。さらに、図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の第１のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出する。その後、放熱係数算出モジュール３０１は、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の放熱係数ＭIの値を放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱素子６１に対する第１の駆動電力ＰH1の提供を停止する。
【００６０】
（ｂ）ステップＳ１０２で、駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱素子６１の発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度１５０℃及び発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ１０１に戻り、図６に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱素子６１を１５０℃で発熱させる。図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合の第１のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱素子６１に対する駆動電力の供給を停止する。
【００６１】
（ｃ）再びステップＳ１０２で、図１及び図２に示す発熱素子６１の発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ１０１に戻り、図６に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱素子６１を２００℃で発熱させる。図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合の第１のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱素子６１に対する駆動電力の供給を停止する。
【００６２】
（ｄ）発熱素子６１の発熱温度の切り替えが完了した場合には、ステップＳ１０２からステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３で、サンプル混合ガスの切り替えが完了したか否かを判定する。第２乃至第４のサンプル混合ガスへの切り替えが完了していない場合には、ステップＳ１００に戻る。ステップＳ１００で、図７に示す第１の流量制御装置３２Ａを閉じ、第３乃至第４の流量制御装置３２Ｃ−３２Ｄの弁を閉じたまま第２の流量制御装置３２Ｂの弁を開き、図６に示すチャンバ１０１内に第２のサンプル混合ガスを導入する。
【００６３】
（ｅ）第１のサンプル混合ガスと同様に、ステップＳ１０１乃至ステップＳ１０２のループが繰り返される。まず、第２のサンプル混合ガスの温度ＴIの値が測定される。また、放熱係数算出モジュール３０１が、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の第２のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合の第２のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値、及び発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合の第２のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出する。さらに放熱係数算出モジュール３０１は、算出した放熱係数ＭIの値を放熱係数記憶装置４０１に保存する。
【００６４】
（ｆ）その後、ステップＳ１００乃至ステップＳ１０３のループが繰り返される。これにより、発熱素子６１の発熱温度が１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれの場合の第３のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値と、発熱素子６１の発熱温度が１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれの場合の第４のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値とが、放熱係数記憶装置４０１に保存される。ステップＳ１０４で、入力装置３１２から式作成モジュール３０２に、第１のサンプル混合ガスの既知の発熱量Ｑの値、第２のサンプル混合ガスの既知の発熱量Ｑの値、第３のサンプル混合ガスの既知の発熱量Ｑの値、及び第４のサンプル混合ガスの既知の発熱量Ｑの値を入力する。また、式作成モジュール３０２は、放熱係数記憶装置４０１から、発熱素子６１の発熱温度が１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれの場合の第１乃至第４のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値を読み出す。
【００６５】
（ｇ）ステップＳ１０５で、第１乃至第４のサンプル混合ガスの発熱量Ｑの値と、発熱素子６１の発熱温度が１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれの場合の第１乃至第４のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値と、に基づいて、式作成モジュール３０２は、重回帰分析を行う。重回帰分析により、式作成モジュール３０２は、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の放熱係数ＭI、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合の放熱係数ＭI、及び発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合の放熱係数ＭIを独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数とする発熱量算出式を算出する。その後、ステップＳ１０６で、式作成モジュール３０２は作成した発熱量算出式を式記憶装置４０２に保存し、発熱量算出式の作成を終了する。
【００６６】
計測対象混合ガスの発熱量Ｑの値を一意に算出可能な発熱量算出式は、以上説明したようにして作成される。
【００６７】
［発熱量算出システム及び発熱量算出方法］
次に、本発明の第１の実施の形態に係るガス制御システムが備える発熱量算出システム及び当該システムを用いる発熱量算出方法について説明する。図９に示すように、発熱量算出システム２１Ａは、発熱量Ｑの値が未知の計測対象混合ガスである可燃性ガスが充填されるチャンバ１０１と、図１及び図２に示す発熱素子６１、第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３を用いて、可燃性ガスの複数の放熱係数ＭIの値を計測する図９に示す計測機構１０と、を備える。さらに、発熱量算出システム２１Ａは、発熱素子６１の複数の発熱温度に対するガスの放熱係数ＭIを独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置４０２と、発熱量算出式に含まれる発熱素子６１の複数の発熱温度に対するガスの放熱係数ＭIの独立変数に、発熱素子６１の複数の発熱温度に対する可燃性ガスの放熱係数ＭIの値を代入し、可燃性ガスの発熱量Ｑの値を算出する発熱量算出モジュール３０５と、を備える。
【００６８】
式記憶装置４０２は、例えば図８に示す方法で作成された、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合のガスの放熱係数ＭIと、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合のガスの放熱係数ＭIと、発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合のガスの放熱係数ＭIと、を独立変数とする発熱量算出式を保存する。
【００６９】
図９に示すチャンバ１０１には、例えば、未知の体積率でメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）を含む、発熱量Ｑが未知の天然ガスが、可燃性ガスとして導入される。図１及び図２に示すマイクロチップ８の第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３は、発熱素子６１が発熱する前の可燃性ガスの温度ＴIを検出する。その後、発熱素子６１は、図９に示す駆動回路３０３から駆動電力ＰHを与えられる。駆動電力ＰHを与えられることにより、図１及び図２に示す発熱素子６１は、１００℃、１５０℃、及び２００℃で発熱する。
【００７０】
図９に示す放熱係数算出モジュール３０１は、上記（１）乃至（４）式で説明した方法に従って、発熱温度１００℃で発熱する発熱素子６１と熱的に平衡な可燃性ガスの放熱係数ＭIの値を算出する。また、放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１５０℃で発熱する発熱素子６１と熱的に平衡な可燃性ガスの放熱係数ＭIの値、及び発熱温度２００℃で発熱する発熱素子６１と熱的に平衡な可燃性ガスの放熱係数ＭIの値を算出する。放熱係数算出モジュール３０１は、算出した放熱係数ＭIの値を放熱係数記憶装置４０１に保存する。
【００７１】
発熱量算出モジュール３０５は、発熱量算出式のガスの放熱係数ＭIの独立変数に、可燃性ガスの放熱係数ＭIの値を代入し、可燃性ガスの発熱量Ｑの値を算出する。ＣＰＵ３００には、発熱量記憶装置４０３がさらに接続されている。発熱量記憶装置４０３は、発熱量算出モジュール３０５が算出した可燃性ガスの発熱量Ｑの値を保存する。発熱量算出システム２１Ａのその他の構成要件は、図６で説明した発熱量算出式作成システム２０Ａと同様であるので、説明は省略する。
【００７２】
次に、図１０に示すフローチャートを用いて、発熱量の測定方法について説明する。なお、以下の例では、図９に示すマイクロチップ８の発熱素子６１を、１００℃、１５０℃、及び２００℃に発熱させる場合を説明する。
【００７３】
（ａ）ステップＳ２００で、図９に示すチャンバ１０１内に可燃性ガスを導入する。次に、ステップＳ２０１で、図１及び図２に示すマイクロチップ８の第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３は、発熱素子６１が発熱する前の可燃性ガスの温度ＴIを検出する。その後、図９に示す駆動回路３０３は、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱素子６１に第１の駆動電力ＰH1を与え、発熱素子６１を１００℃で発熱させる。図９に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１００℃における可燃性ガスの放熱係数ＭIの値を算出する。さらに、放熱係数算出モジュール３０１は、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の可燃性ガスの放熱係数ＭIの値を放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱素子６１に対する第１の駆動電力ＰH1の提供を停止する。
【００７４】
（ｂ）ステップＳ２０２で、図９に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱素子６１の発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度１５０℃及び発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ２０１に戻り、図９に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱素子６１を１５０℃に発熱させる。図９に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合の可燃性ガスの放熱係数ＭIの値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱素子６１に対する駆動電力の供給を停止する。
【００７５】
（ｃ）再びステップＳ２０２で、図１及び図２に示す発熱素子６１の発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ２０１に戻り、図９に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱素子６１を２００℃に発熱させる。図９に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合の可燃性ガスの放熱係数ＭIの値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱素子６１に対する駆動電力の供給を停止する。
【００７６】
（ｄ）発熱素子６１の発熱温度の切り替えが完了した場合には、ステップＳ２０２からステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３で、図９に示す発熱量算出モジュール３０５は、式記憶装置４０２から、発熱素子６１の発熱温度が１００℃、１５０℃、及び２００℃の場合のガスの放熱係数ＭIを独立変数とする発熱量算出式を読み出す。また、発熱量算出モジュール３０５は、放熱係数記憶装置４０１から、発熱素子６１の発熱温度が１００℃、１５０℃、及び２００℃の場合の可燃性ガスの放熱係数ＭIの値を読み出す。ステップＳ２０４で、発熱量算出モジュール３０５は、発熱量算出式の放熱係数ＭIの独立変数に可燃性ガスの放熱係数ＭIの値を代入して、可燃性ガスの発熱量Ｑの値を算出する。その後、発熱量算出モジュール３０５は、算出した発熱量Ｑの値を出力装置３１３に出力し、発熱量記憶装置４０３に保存する。
【００７７】
以上説明したように、高価なガスクロマトグラフィ装置を用いることなく、可燃性ガスの放熱係数ＭIの測定値から、可燃性ガスの混合ガスの発熱量Ｑの値が測定可能である。
【００７８】
［発熱量算出の実施例］
次に、本発明の第１の実施の形態に係るガス制御システムが用いる発熱量算出方法の実施例について説明する。まず、図１１に示すように発熱量Ｑの値が既知の２８種類のサンプル混合ガスを用意した。２８種類のサンプル混合ガスのそれぞれは、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）のいずれか又は全部を含んでいた。例えば、Ｎｏ．７のサンプル混合ガスは、９０ｖｏｌ％のメタン、３ｖｏｌ％のエタン、１ｖｏｌ％のプロパン、１ｖｏｌ％のブタン、４ｖｏｌ％の窒素、及び１ｖｏｌ％の二酸化炭素を含んでいた。また、Ｎｏ．８のサンプル混合ガスは、８５ｖｏｌ％のメタン、１０ｖｏｌ％のエタン、３ｖｏｌ％のプロパン、及び２ｖｏｌ％のブタンを含み、窒素及び二酸化炭素を含んでいなかった。また、Ｎｏ．９のサンプル混合ガスは、８５ｖｏｌ％のメタン、８ｖｏｌ％のエタン、２ｖｏｌ％のプロパン、１ｖｏｌ％のブタン、２ｖｏｌ％の窒素、及び２ｖｏｌ％の二酸化炭素を含んでいた。
【００７９】
次に、２８種類のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数ＭIの値を、発熱素子の発熱温度を１００℃、１５０℃、及び２００℃に設定して計測した。なお、例えばＮｏ．７のサンプル混合ガスは６種類のガス成分を含んでいるが、上述したように、エタン（Ｃ2Ｈ6）とブタン（Ｃ4Ｈ10）は、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしうるので、放熱係数ＭIの値を３種類の発熱温度で計測しても問題ない。その後、２８種類のサンプル混合ガスの発熱量Ｑの値と、計測された放熱係数ＭIの値に基づいて、サポートベクトル回帰により、放熱係数ＭIを独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数とする、発熱量Ｑを算出するための１次方程式、２次方程式、及び３次方程式を作成した。
【００８０】
発熱量Ｑを算出するための１次方程式を作成する際には、キャリブレーション・ポイントは、３乃至５個を目安に、適宜決定できる。作成された１次方程式は下記（２３）式で与えられた。２８種類のサンプル混合ガスの発熱量Ｑを（２３）式で算出し、真の発熱量Ｑと比較したところ、最大誤差は２．１％であった。
Q = 39.91 - 20.59×MI (100℃) - 0.89×MI (150℃) + 19.73×MI (200℃)    ・・・(23)
【００８１】
発熱量Ｑを算出するための２次方程式を作成する際には、キャリブレーション・ポイントは、８乃至９個を目安に、適宜決定できる。２８種類のサンプル混合ガスの発熱量Ｑを作成された２次方程式で算出し、真の発熱量Ｑと比較したところ、最大誤差は１．２乃至１．４％であった。
【００８２】
発熱量Ｑを算出するための３次方程式を作成する際には、キャリブレーション・ポイントは、１０乃至１４個を目安に、適宜決定できる。２８種類のサンプル混合ガスの発熱量Ｑを作成された３次方程式で算出し、真の発熱量Ｑと比較したところ、最大誤差は１．２％未満であった。図１２及び図１３に示すように、１０個のキャリブレーション・ポイントを取って作成された３次方程式で算出された発熱量Ｑは、真の発熱量Ｑに良好に近似し、誤差はわずかであった。
【００８３】
［ガス制御システム］
ここで、本発明の第１の実施の形態に係るガス制御システムについて説明する。図１４に示すように、ガス制御システムは、支燃性ガスである酸素及び空気と可燃性ガスとを混合した混合ガスを外部に噴出する火口部１１０と、支燃性ガスを火口部１１０側に供給する支燃性ガス配管系１２０と、可燃性ガスを火口部１１０側に供給する可燃性ガス配管系１３０と、混合ガスを火口部１１０に供給する混合ガス配管系１４０と、を備える。
【００８４】
支燃性ガス配管系１２０は、支燃性ガスを火口部１１０側に供給するための支燃性ガス流路１２１を有する。支燃性ガス流路１２１には、酸素を供給するための酸素流路１２１ａと、空気を供給するための空気流路１２１ｂとが含まれる。
【００８５】
酸素流路１２１ａには、レギュレータ１２２ａと、フローコントローラ１２３ａと、遮断弁１２４ａと、逆止弁１２５ａとが設けられている。フローコントローラ１２３ａは、酸素流路１２１ａを流れる酸素の流量を検出する酸素流量計と、酸素流路１２１ａを流れる酸素の流量が目標流量になるよう制御する酸素制御弁と、を含む。
【００８６】
空気流路１２１ｂには、レギュレータ１２２ｂと、フローコントローラ１２３ｂと、遮断弁１２４ｂと、逆止弁１２５ｂとが設けられている。フローコントローラ１２３ｂは、空気流路１２１ｂを流れる空気の流量を検出する空気流量計と、空気流路１２１ｂを流れる空気の流量が目標流量になるように制御する空気制御弁と、を含む。
【００８７】
酸素流路１２１ａと空気流路１２１ｂとの合流箇所には、酸素流路１２１ａから供給される酸素と空気流路１２１ｂから供給される空気とを混合するミキサー１２６が設けられている。
【００８８】
可燃性ガス配管系１３０は、可燃性ガスを火口部１１０側に供給するための可燃性ガス流路１３１を有する。この可燃性ガス流路１３１には、レギュレータ１３２と、フローコントローラ１３３と、遮断弁１３４と、逆止弁１３５とが設けられている。フローコントローラ１３３は、可燃性ガス流路１３１を流れる可燃性ガスの流量を検出する可燃性ガス流量計と、可燃性ガス流路１３１を流れる可燃性ガスの流量が目標流量になるように制御する可燃性ガス制御弁と、を含む。可燃性ガス流路１３１には、さらに、図９に示す発熱量算出システム２１Ａが配置されている。発熱量算出システム２１Ａは、可燃性ガス流路１３１を流れる可燃性ガスの発熱量を算出する。
【００８９】
図１４に示す支燃性ガス配管系１２０と可燃性ガス配管系１３０との合流箇所には、支燃性ガス流路１２１から供給される支燃性ガスと可燃性ガス流路１３１から供給される可燃性ガスとを混合するミキサー１４２が設けられている。混合ガス配管系１４０は、ミキサー１４２と、ミキサー１４２から供給される混合ガスを火口部１１０に供給するための混合ガス流路１４１とを有する。
【００９０】
フローコントローラ１２３ａ，１２３ｂ，１３３と、発熱量算出システム２１Ａとには、制御装置１５０が接続されている。例えば、制御装置１５０は、可燃性ガスの発熱量と、可燃性ガスの発熱量に対応する支燃性ガスの最適流量と、の関係を示すテーブルを保存する。制御装置１５０は、発熱量算出システム２１Ａが算出した可燃性ガスの発熱量と、テーブルと、に基づいて、フローコントローラ１２３ａ，１２３ｂ，１３３の少なくとも一つを用いて、可燃性ガスの流量と、支燃性ガスの流量と、を制御する。これにより、ミキサー１４２において、可燃性ガスと、支燃性ガスとが、燃焼に適した流量比又は体積比で混合される。
【００９１】
天然ガスは、産出ガス田によって炭化水素の成分比率が異なる。また、天然ガスには、炭化水素の他に、ノンカロリー成分である窒素（Ｎ2）や炭酸ガス（ＣＯ2）等が含まれる。そのため、産出ガス田によって、天然ガスに含まれるガス成分の体積率は異なり、ガス成分の種類が既知であっても、天然ガスの発熱量Ｑは未知であることが多い。また、同一のガス田由来の天然ガスであっても、発熱量Ｑが常に一定であるとは限らず、採取時期によって変化することもある。
【００９２】
これに対し、第１の実施の形態に係るガス制御システムによれば、天然ガス等の可燃性ガスの正確な発熱量Ｑを容易かつ正確に検出することが可能となる。そのため、可燃性ガスを燃焼させる場合に必要な支燃性ガスの流量を適切に設定することが可能となる。そのため、無駄な二酸化炭素（ＣＯ2）の排出量を削減することも可能となる。
【００９３】
また、第１の実施の形態に係るガス制御システムは、可燃性ガス及び支燃性ガスの混合ガスを火口部１１０で燃焼させた際の燃焼ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度センサをさらに備えていてもよい。この場合、制御装置１５０は、燃焼ガスの酸素濃度が最小となるよう、フローコントローラ１２３ａ，１２３ｂ，１３３の少なくとも一つを用いて、可燃性ガスの流量と、支燃性ガスの流量と、を制御する。また、燃焼ガスの酸素濃度が閾値以上になった場合は、ガス制御システムに異常が生じたとして、制御装置１５０は警告を発してもよい。
【００９４】
（第１の実施の形態の変形例）
上記（１２）乃至（１５）式で、混合ガスのガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDのそれぞれが、混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）の関数として与えられることを示した。ここで、ボイルシャルルの法則により、ガスの体積はガスそのものの温度に比例する。そこで、例えば、発熱素子６１を発熱させる前の混合ガスの温度をＴIとすると、ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDのそれぞれは、下記（２４）乃至（２７）式に示すように、混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）及び混合ガスの温度ＴIの関数としても与えられる。
VA=f1[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), TI ]        ・・・(24)
VB=f2[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), TI ]        ・・・(25)
VC=f3[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), TI ]        ・・・(26)
VD=f4[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), TI ]        ・・・(27)
【００９５】
ここで、上記（６）式に（２４）乃至（２７）式を代入することにより、下記（２８）式が得られる。
Q = KA×VA+ KB×VB+ KC×VC+KD×VD
= KA×f1[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3) , TI ]
+ KB×f2[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3) , TI ]
+ KC×f3[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3) , TI ]
+ KD×f4[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3) , TI ]    ・・・(28)
【００９６】
上記（２８）式から明らかなように、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、発熱素子６１の発熱温度がＴH1，ＴH2，ＴH3である場合の混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）と、混合ガスの温度ＴIと、を変数とする方程式でも与えられる。したがって、混合ガスの発熱量Ｑは、ｇを関数を表す記号として、下記（２９）式で与えられることもできる。
Q = g[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3) , TI ]       ・・・(29)
【００９７】
よって、発熱素子６１の発熱温度がＴH1，ＴH2，ＴH3である場合の可燃性ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）と、例えば発熱素子６１が発熱する前の可燃性ガスの温度ＴIと、を計測し、（２９）式に代入することによっても、可燃性ガスの発熱量Ｑを一意に求めることが可能となる。また、混合ガスの温度ＴIを発熱量算出式の独立変数に加えることにより、混合ガスの発熱量Ｑの算出精度がより向上する。
【００９８】
（第２の実施の形態）
［発熱量算出式作成システム及び発熱量算出式の作成方法］
まず、本発明の第２の実施の形態に係るガス制御システムが使用する発熱量算出式を作成可能な発熱量算出式作成システム及び発熱量算出式の作成方法について説明する。ここで、上記（１）式より、図１及び図２に示す発熱素子６１の温度ＴHは下記（３０）式で与えられる。
TH = (1 / 2β)×[-α+ [α2 - 4β (1 - RH / RH_STD)]1/2] + TH_STD  ・・・(30)
したがって、発熱素子６１の温度ＴHと雰囲気ガスの温度ＴIとの差ΔＴHは、下記（３１）式で与えられる。
ΔTH = (1 / 2β)×[-α+ [α2 - 4β (1 - RH / RH_STD)]1/2] + TH_STD - TI   ・・・(31)
【００９９】
雰囲気ガスの温度ＴIは、自己発熱しない程度の電力を与えられる第１の測温素子６２の温度ＴIに近似する。第１の測温素子６２の温度ＴIと、第１の測温素子６２の抵抗値ＲIの関係は、下記（３２）式で与えられる。
RI = RI_STD×[1+α(TI-TI_STD) + β(TI-TI_STD)2] ・・・(32)
ＴI_STDは第１の測温素子６２の標準温度を表し、例えば２０℃である。ＲI_STDは標準温度ＴI_STDにおける予め計測された第１の測温素子６２の抵抗値を表す。上記（３２）式より、第１の測温素子６２の温度ＴIは下記（３３）式で与えられる。
TI = (1 / 2β)×[-α+ [α2 - 4βI (1 - RI / RI_STD)]1/2] + TI_STD              ・・・(33)
【０１００】
よって、雰囲気ガスの放熱係数ＭIは、下記（３４）式でも与えられる。
MI = PH /ΔTH
=PH/[(1/2β)[-α+[α2-4β(1-RH/RH_STD)]1/2]+TH_STD-(1/2β)[-α+[α2-4β(1-RI/RI_STD)]1/2]-TI_STD]         ・・・(34)
発熱素子６１の通電電流ＩHと、駆動電力ＰH又は電圧ＶHは計測可能であるため、上記（２）式又は（３）式から発熱素子６１の抵抗値ＲHを算出可能である。同様に、第１の測温素子６２の抵抗値ＲIも算出可能である。
【０１０１】
上記（１７）式で示したように、４種類のガス成分からなる混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、発熱素子６１の発熱温度がＴH1，ＴH2，ＴH3である場合の混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）を変数とする方程式で与えられる。また、混合ガスの放熱係数ＭIは、上記（３４）式に示すように、発熱素子６１の抵抗値ＲHと、第１の測温素子６２の抵抗値ＲIと、に依存する。そこで、本発明者らは、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、下記（３５）式に示すように、発熱素子６１の温度がＴH1，ＴH2，ＴH3である場合の発熱素子６１の抵抗値ＲH1（ＴH1），ＲH2（ＴH2），ＲH3（ＴH3）と、混合ガスに接する第１の測温素子６２の抵抗値ＲIと、を変数とする方程式でも与えられることをも見出した。
Q = g[RH1 (TH1), RH2 (TH2), RH3 (TH3), RI]      ・・・(35)
【０１０２】
よって、可燃性ガスに接する発熱素子６１の発熱温度がＴH1，ＴH2，ＴH3である場合の発熱素子６１の抵抗値ＲH1（ＴH1），ＲH2（ＴH2），ＲH3（ＴH3）と、例えば発熱素子６１が発熱する前の可燃性ガスに接する第１の測温素子６２の抵抗値ＲIを計測し、（３５）式に代入することによっても、可燃性ガスの発熱量Ｑを一意に求めることが可能となる。
【０１０３】
また、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、下記（３６）式に示すように、発熱素子６１の温度がＴH1，ＴH2，ＴH3である場合の発熱素子６１の通電電流ＩH1（ＴH1），ＩH2（ＴH2），ＩH3（ＴH3）と、混合ガスに接する第１の測温素子６２の通電電流ＩIと、を変数とする方程式でも与えられる。
Q = g[IH1 (TH1), IH2 (TH2), IH3 (TH3), II]      ・・・(36)
【０１０４】
あるいは混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、下記（３７）式に示すように、発熱素子６１の温度がＴH1，ＴH2，ＴH3である場合の発熱素子６１にかかる電圧ＶH1（ＴH1），ＶH2（ＴH2），ＶH3（ＴH3）と、混合ガスに接する第１の測温素子６２にかかる電圧ＶIと、を変数とする方程式でも与えられる。
Q = g[VH1 (TH1), VH2 (TH2), VH3 (TH3), VI]      ・・・(37)
【０１０５】
またあるいは混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、下記（３８）式に示すように、発熱素子６１の温度がＴH1，ＴH2，ＴH3である場合の発熱素子６１に接続されたアナログ−デジタル変換回路（以下において「Ａ／Ｄ変換回路」という。）の出力信号ＡＤH1（ＴH1），ＡＤH2（ＴH2），ＡＤH3（ＴH3）と、混合ガスに接する第１の測温素子６２に接続されたＡ／Ｄ変換回路の出力信号ＡＤIと、を変数とする方程式でも与えられる。
Q = g[ADH1 (TH1), ADH2 (TH2), ADH3 (TH3), ADI]  ・・・(38)
【０１０６】
したがって、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、下記（３９）式に示すように、発熱素子６１の発熱温度がＴH1，ＴH2，ＴH3である場合の発熱素子６１からの電気信号ＳH1（ＴH1），ＳH2（ＴH2），ＳH3（ＴH3）と、混合ガスに接する第１の測温素子６２からの電気信号ＳIと、を変数とする方程式で与えられる。
Q = g[SH1 (TH1), SH2 (TH2), SH3 (TH3), SI]      ・・・(39)
【０１０７】
ここで、図１５に示す発熱量算出式作成システム２０Ｂは、複数のサンプル混合ガスのそれぞれの温度ＴIに依存する図１及び図２に示す第１の測温素子６２からの電気信号ＳIの値と、複数の発熱温度ＴHのそれぞれにおける発熱素子６１からの電気信号ＳHの値と、を計測する図１５に示す計測モジュール３２１と、複数のサンプル混合ガスの既知の発熱量Ｑの値、第１の測温素子６２からの電気信号ＳIの値、及び複数の発熱温度における発熱素子６１からの電気信号の値に基づいて、第１の測温素子６２からの電気信号ＳI及び複数の発熱温度ＴHにおける発熱素子６１からの電気信号ＳHを独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数とする発熱量算出式を作成する式作成モジュールと、を備える。
【０１０８】
チャンバ１０１に第１のサンプル混合ガスが充填された後、図１及び図２に示すマイクロチップ８の第１の測温素子６２は、第１のサンプル混合ガスの温度に依存する電気信号ＳIを出力する。次に、発熱素子６１は、図１５に示す駆動回路３０３から駆動電力ＰH1，ＰH2，ＰH3を与えられる。駆動電力ＰH1，ＰH2，ＰH3を与えられた場合、第１のサンプル混合ガスに接する発熱素子６１は、例えば、１００℃の温度ＴH1、１５０℃の温度ＴH2、及び２００℃の温度ＴH3で発熱し、発熱温度ＴH1における電気信号ＳH1（ＴH1）、発熱温度ＴH2における電気信号ＳH2（ＴH2）、及び発熱温度ＴH3における電気信号ＳH3（ＴH3）を出力する。
【０１０９】
チャンバ１０１から第１のサンプル混合ガスが除去された後、第２乃至第４のサンプル混合ガスがチャンバ１０１に順次充填される。第２のサンプル混合ガスがチャンバ１０１に充填された後、図１及び図２に示すマイクロチップ８の第１の測温素子６２は、第２のサンプル混合ガスの温度に依存する電気信号ＳIを出力する。次に、第２のサンプル混合ガスに接する発熱素子６１は、発熱温度ＴH1における電気信号ＳH1（ＴH1）、発熱温度ＴH2における電気信号ＳH2（ＴH2）、及び発熱温度ＴH3における電気信号ＳH3（ＴH3）を出力する。
【０１１０】
第３のサンプル混合ガスが図１５に示すチャンバ１０１に充填された後、図１及び図２に示すマイクロチップ８の第１の測温素子６２は、第３のサンプル混合ガスの温度に依存する電気信号ＳIを出力する。次に、第３のサンプル混合ガスに接する発熱素子６１は、発熱温度ＴH1における電気信号ＳH1（ＴH1）、発熱温度ＴH2における電気信号ＳH2（ＴH2）、及び発熱温度ＴH3における電気信号ＳH3（ＴH3）を出力する。
【０１１１】
第４のサンプル混合ガスが図１５に示すチャンバ１０１に充填された後、図１及び図２に示すマイクロチップ８の第１の測温素子６２は、第４のサンプル混合ガスの温度に依存する電気信号ＳIを出力する。次に、第４のサンプル混合ガスに接する発熱素子６１は、発熱温度ＴH1における電気信号ＳH1（ＴH1）、発熱温度ＴH2における電気信号ＳH2（ＴH2）、及び発熱温度ＴH3における電気信号ＳH3（ＴH3）を出力する。
【０１１２】
なお、それぞれのサンプル混合ガスがｎ種類のガス成分を含む場合、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱素子６１は、少なくともｎ−１種類の異なる温度で発熱させられる。ただし、上述したように、メタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）は、メタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしうる。したがって、ｚを自然数として、ｎ種類のガス成分からなるサンプル混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えてｚ種類のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合は、発熱素子６１は、少なくともｎ−ｚ−１種類の異なる温度で発熱させられる。
【０１１３】
図１５に示すように、マイクロチップ８は、計測モジュール３２１を含む中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００に接続されている。ＣＰＵ３００には、電気信号記憶装置４２１が接続されている。計測モジュール３２１は、第１の測温素子６２からの電気信号ＳIの値と、発熱素子６１からの発熱温度ＴH1における電気信号ＳH1（ＴH1）、発熱温度ＴH2における電気信号ＳH2（ＴH2）、及び発熱温度ＴH3における電気信号ＳH3（ＴH3）の値と、を計測し、計測値を電気信号記憶装置４２１に保存する。
【０１１４】
なお、第１の測温素子６２からの電気信号ＳIとは、第１の測温素子６２の抵抗値ＲI、第１の測温素子６２の通電電流ＩI、第１の測温素子６２にかかる電圧ＶI、及び第１の測温素子６２に接続されたＡ／Ｄ変換回路３０４の出力信号ＡＤIのいずれであってもよい。同様に、発熱素子６１からの電気信号ＳHとは、発熱素子６１の抵抗値ＲH、発熱素子６１の通電電流ＩH、発熱素子６１にかかる電圧ＶH、及び発熱素子６１に接続されたＡ／Ｄ変換回路３０４の出力信号ＡＤHのいずれであってもよい。
【０１１５】
ＣＰＵ３００に含まれる式作成モジュール３０２は、例えば第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの既知の発熱量Ｑの値と、第１の測温素子６２からの電気信号ＳIの複数の計測値と、発熱素子６１からの電気信号ＳH1（ＴH1），ＳH2（ＴH2），ＳH3（ＴH3）の複数の計測値と、を収集する。さらに式作成モジュール３０２は、収集した発熱量Ｑ、電気信号ＳI、及び電気信号ＳHの値に基づいて、多変量解析により、第１の測温素子６２からの電気信号ＳI及び発熱素子６１からの電気信号ＳH1（ＴH1），ＳH2（ＴH2），ＳH3（ＴH3）を独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数とする発熱量算出式を算出する。図１５に示す発熱量算出式作成システム２０Ｂのその他の構成要素は、図６に示す発熱量算出式作成システム２０Ａと同様であるので、説明は省略する。
【０１１６】
［発熱量算出システム］
次に、本発明の第２の実施の形態に係るガス制御システムが備える発熱量算出システムについて説明する。図１６に示すように、発熱量算出システム２１Ｂは、可燃性ガスの温度ＴIに依存する第１の測温素子６２からの電気信号ＳIの値と、複数の発熱温度ＴHのそれぞれにおける発熱素子６１からの電気信号ＳHの値と、を計測する計測モジュール３２１と、第１の測温素子６２からの電気信号ＳI及び複数の発熱温度ＴHにおける発熱素子６１からの電気信号ＳHを独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置４０２と、発熱量算出式の第１の測温素子６２からの電気信号ＳIの独立変数、及び発熱素子６１からの電気信号ＳHの独立変数に、第１の測温素子６２からの電気信号ＳIの計測値、及び発熱素子６１からの電気信号ＳHの計測値を代入し、可燃性ガスの発熱量Ｑの値を算出する発熱量算出モジュールと、を備える。
【０１１７】
発熱量算出式は、例えば、第１の測温素子６２からの電気信号ＳIと、発熱温度ＴH1が１００℃の発熱素子６１からの電気信号ＳH1（ＴH1）と、発熱温度ＴH2が１５０℃の発熱素子６１からの電気信号ＳH2（ＴH2）と、発熱温度ＴH3が２００℃の発熱素子６１からの電気信号ＳH3（ＴH3）と、を独立変数として含んでいる。
【０１１８】
図１及び図２に示すマイクロチップ８の第１の測温素子６２は、可燃性ガスの温度に依存する電気信号ＳIを出力する。次に、発熱素子６１は、図１５に示す駆動回路３０３から駆動電力ＰH1，ＰH2，ＰH3を与えられる。駆動電力ＰH1，ＰH2，ＰH3を与えられた場合、可燃性ガスに接する発熱素子６１は、例えば、１００℃の温度ＴH1、１５０℃の温度ＴH2、及び２００℃の温度ＴH3で発熱し、発熱温度ＴH1における電気信号ＳH1（ＴH1）、発熱温度ＴH2における電気信号ＳH2（ＴH2）、及び発熱温度ＴH3における電気信号ＳH3（ＴH3）を出力する。
【０１１９】
図１６に示す計測モジュール３２１は、可燃性ガスに接する第１の測温素子６２からの電気信号ＳIの値と、可燃性ガスに接する発熱素子６１からの発熱温度ＴH1における電気信号ＳH1（ＴH1）、発熱温度ＴH2における電気信号ＳH2（ＴH2）、及び発熱温度ＴH3における電気信号ＳH3（ＴH3）の値と、を計測し、計測値を電気信号記憶装置４２１に保存する。
【０１２０】
発熱量算出モジュール３０５は、式記憶装置４０２に保存されている発熱量算出式の第１の測温素子６２からの電気信号ＳIの独立変数及び発熱素子６１からの電気信号ＳH1（ＴH1），ＳH2（ＴH2），ＳH3（ＴH3）の独立変数に、計測値をそれぞれ代入し、可燃性ガスの発熱量Ｑの値を算出する。図１６に示す発熱量算出システム２１Ｂのその他の構成要素は、図９に示す発熱量算出システム２１Ａと同様であるので、説明は省略する。
【０１２１】
［ガス制御システム］
第２の実施の形態に係るガス制御システムは、図１７に示すように、上述した発熱量算出システム２１Ｂが可燃性ガス流路１３１に配置されている。第２の実施の形態に係るガス制御システムのその他の構成要素は、第１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。第２の実施の形態に係るガス制御システムによれば、放熱係数の算出を省略可能であるので、可燃性ガスの発熱量Ｑをより高速に算出することが可能となる。
【０１２２】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、例えば、図１８は、発熱抵抗体に２ｍＡ、２．５ｍＡ、及び３ｍＡの電流を流した際の、混合ガスの放熱係数と、熱伝導率と、の関係を示す。図１８に示すように、混合ガスの放熱係数と、熱伝導率とは、一般に比例関係にある。したがって、上述した例では、発熱量算出式を作成する際に、発熱抵抗体の複数の発熱温度における混合ガスの放熱係数の値を用いたが、代わりに、発熱抵抗体の複数の発熱温度における混合ガスの熱伝導率の値を用いてもよい。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【０１２３】
８      マイクロチップ
１０    計測機構
１８    断熱部材
２０Ａ，２０Ｂ  発熱量算出式作成システム
２１Ａ，２１Ｂ  発熱量算出システム
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ  ガス圧調節器
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ  流量制御装置
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ  ガスボンベ
６０    基板
６１    発熱素子
６２    第１の測温素子
６３    第２の測温素子
６４    保温素子
６５    絶縁膜
６６    キャビティ
９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄ，９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃ，９２Ｄ，９３，１０２，１０３        流路
１０１  チャンバ
１１０  火口部
１２０  支燃性ガス配管系
１２１  支燃性ガス流路
１２１ａ  酸素流路
１２１ｂ  空気流路
１２２ａ，１２２ｂ  レギュレータ
１２３ａ，１２３ｂ，１３３  フローコントローラ
１２４ａ，１２４ｂ      遮断弁
１２５ａ，１２５ｂ      逆止弁
１２６  ミキサー
１３０  可燃性ガス配管系
１３１  可燃性ガス流路
１３２  レギュレータ
１３４  遮断弁
１３５  逆止弁
１４０  混合ガス配管系
１４１  混合ガス流路
１４２  ミキサー
１５０  制御装置
１６１，１６２，１６３，１６４，１６５，１８１，１８２，１８３  抵抗素子
１７０，１７１  オペアンプ
３０１  放熱係数算出モジュール
３０２  式作成モジュール
３０３  駆動回路
３０４  Ａ／Ｄ変換回路
３０５  発熱量算出モジュール
３１２  入力装置
３１３  出力装置
３２１  計測モジュール
４０１  放熱係数記憶装置
４０２  式記憶装置
４０３  発熱量記憶装置
４２１  電気信号記憶装置
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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