(57)【要約】【課題】現今の従来その使用対象とされてこなかった高圧側の各標準ガスの特性をも良好に代表できるとともに、温度−圧力の異なる測定対象条件に対して、合理的な測定を行うことができる音速測定装置を得ることにある。【解決手段】サンプルガス循環路１と、当該サンプルガス循環路１内を流れるサンプルガスｇの流量を目標流量に設定するサンプルガス流量制御手段７と、温度を目標温度に設定するサンプルガス温度制御手段８と、圧力を目標圧力に設定するサンプルガス圧力制御手段９とを備え、サンプルガス音速測定手段３を設けた音速測定用管部２をサンプルガス循環路１内に設けるとともに、当該音速測定用管部２の温度を目標温度を維持する保温手段１０を設け、目標流量、目標温度、目標圧力が入力される測定条件入力部１１ａを備える。【選択図】図１
2016027308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルガスの流れ方向に対して、当該流れ方向に沿った第一方向及び当該第一方向とは逆方向の第二方向に超音波を伝搬させて、前記第一方向の所定伝搬距離を超音波が伝搬する第一伝搬時間と前記第二方向の所定伝搬距離を超音波が伝搬する第二伝搬時間とを計測して、前記サンプルガスの音速を測定するサンプルガス音速測定手段を、音速計測部に備えたサンプルガスの音速測定装置であって、
サンプルガス流入部を備えたサンプルガス循環路と、
当該サンプルガス循環路内に流入したサンプルガスを循環させる循環手段と、
当該サンプルガス循環路内を流れるサンプルガスの流量を目標流量に設定するサンプルガス流量制御手段とを備え、
前記サンプルガス音速測定手段を設けた音速測定用管部を前記サンプルガス循環路内に備え、
当該音速測定用管部内を流れるサンプルガスの温度を目標温度に設定するサンプルガス温度制御手段と、
当該音速測定用管部内を流れるサンプルガスの圧力を目標圧力に設定するサンプルガス圧力制御手段とを備え、
さらに、当該音速測定用管部の温度を前記目標温度に維持する保温手段を設け、
前記目標流量、前記目標温度、前記目標圧力が入力される測定条件入力部を備えたサンプルガスの音速測定装置。
【請求項２】
前記音速測定用管部の中間部位に、前記サンプルガス音速測定手段を備えるとともに、当該サンプルガス音速測定手段の上流側音速測定用管部位及び下流側音速測定用管部位に、前記保温手段を備えた請求項１記載のサンプルガスの音速測定装置。
【請求項３】
前記音速測定用管部の上流側に前記サンプルガス温度制御手段を備えるとともに、前記音速測定用管部の下流側に前記サンプルガス圧力制御手段を備えた請求項１又は２記載のサンプルガスの音速測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の前記サンプルガスの音速測定装置を使用して測定され導出される、予め発熱量が判明している組成の異なる複数の前記サンプルガス各々の音速と温度と圧力との関係指標としての音速−温度−圧力関係指標を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶される複数の前記音速−温度−圧力関係指標から、測定対象ガス通流部を通流する測定対象ガスの温度及び圧力における、音速と発熱量との関係指標として求まる音速−発熱量関係指標を生成する指標生成手段と、
前記測定対象ガス通流部を通流する音速と、前記指標生成手段にて生成された前記音速−発熱量関係指標とに基づいて前記測定対象ガスの発熱量を求める発熱量導出手段とを備える熱量導出装置。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか一項に記載のサンプルガスの音速測定装置を使用して、
前記目標圧力を０．１〜１０ＭＰａの範囲内の圧力として、サンプルガスの音速を測定するサンプルガスの音速測定方法。
【請求項６】
前記目標圧力をＡＭＰａとし、前記目標温度をＴ℃とする場合に、前記サンプルガスの圧力がＡ±０．００２５ＡＭＰａの範囲内となり、前記サンプルガスの温度がＴ±０．５℃となるまで、前記サンプルガス循環路でサンプルガスを循環させ、サンプルガスの圧力及び温度が前記範囲内に収まった状態で、音速を測定する請求項５記載のサンプルガスの音速測定方法。
【請求項７】
前記音速測定用管部における前記サンプルガスの温度を一定に維持した状態で、前記音速測定用管部における前記サンプルガスの圧力を変化させながら音速を測定する第１音速測定方法と、前記音速測定用管部における前記サンプルガスの圧力を一定に維持した状態で、前記音速測定用管部における前記サンプルガスの温度を変化させながら音速を測定する第２音速測定方法との少なくとも何れか一方の方法にて、音速を測定する請求項５に記載のサンプルガスの音速測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
サンプルガスの流れ方向に対して、当該流れ方向に沿った第一方向及び当該第一方向とは逆方向の第二方向に超音波を伝搬させて、前記第一方向の所定伝搬距離を超音波が伝搬する第一伝搬時間と前記第二方向の所定伝搬距離を超音波が伝搬する第二伝搬時間とを計測して、前記サンプルガスの音速を測定するサンプルガス音速測定手段を、音速計測部に備えたサンプルガスの音速測定装置、サンプルガスの音速測定方法、及び熱量導出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願出願人は、特許文献１において、組成の異なる複数の標準ガス各々(サンプルガス各々)の音速と発熱量との関係から求まる音速−発熱量関係指標を予め求めておき、前記標準ガスに相当する測定対象ガスの音速を求める第１工程と、前記第１工程で求められた前記測定対象ガスの音速から、前記音速−発熱量関係指標に基づいて前記測定対象ガスの発熱量を求める第２工程からなる発熱量測定方法を提案している。
【０００３】
特許文献２等に記載されているように、この発熱量測定方法を使用することにより、発熱量測定対象の製品ガスの音速をオンラインで測定することが可能となり、測定対象ガスである製品ガスの発熱量を求め、例えば、発熱量が不足する場合は増熱用に熱量の高いガスを製品ガスに適量添加することで、製品ガスの発熱量をオンラインで適切に制御することができる。
【０００４】
特許文献１に開示の技術では、当該特許文献１の図６に示される音速−発熱量関係指標を得るのに、当該文献１の図３にも示されるように、組成の異なる複数の標準ガス各々に対して、その温度−圧力を様々に設定した状態で音速を測定し、測定される音速と、予め判明している各標準ガスの発熱量との関係から、音速−発熱量関係指標を求めている。具体的には、標準ガスとして、組成の異なった９種の標準ガスを使用し、当該特許文献１の段落〔００２４〕にも記載されているように、温度‐圧力に関して、温度については（５、１５、２５、３５℃）の４状態を、圧力については、（１、２、３、４ＭＰａ）の４状態を測定し、音速−発熱量関係指標を得ていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３６１１４１６号
【特許文献２】特許第３７１７２５３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、現今の技術動向から、その発熱量を知る必要がある製品の温度‐圧力範囲が拡大し、先に説明した４ＭＰａ以下の圧力範囲の測定結果に基づいて定められた音速−発熱量関係指標では、特に高圧側（例えば、４ＭＰａより高い高圧側）で熱量推定に使用できる程度まで精度の高い指標が得られていないことが判明した。
【０００７】
本明細書の図７に、特許文献１において、出願人らが使用した標準ガスの音速測定装置５０の構成を示した。図７からも判明するように、この装置は、一定容積の音速測定室５１を備え、この音速測定室５１に、一対の超音波発信・受信器５２を備えた超音波計測器５３を備え、標準ガスの流れ方向に沿った第一方向及び第一方向とは逆方向の第二方向に超音波を伝搬させて、第一方向の所定伝搬距離を超音波が伝搬する第一伝搬時間と第二方向の所定伝搬距離を超音波が伝搬する第二伝搬時間とを計測して、標準ガスの音速を求めるものである。
【０００８】
そして音速測定時には、標準ガスをある程度の流速で容器内を流しながら、まず室内の圧力を測定対象とする所定圧力まで昇圧し、その状態で、室内を測定対象とする温度とし、標準ガスの温度が測定対象温度に達した状態で音速を測定していた。
【０００９】
しかしながら、このような手法を採用する場合は、室内にある標準ガスの昇温に従って圧力が変化してしまい、組成の異なった各標準ガスに対して、特に本願が対象とするような高圧側においても使用可能な音速−発熱量関係指標を得ることができていないことが判明した。
【００１０】
本発明の目的は、従来、使用対象とされてこなかった高圧側の音速を、適切に測定することができる音速測定装置、サンプルガスの音速測定方法、及び熱量導出装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するためのサンプルガスの流れ方向に対して、当該流れ方向に沿った第一方向及び当該第一方向とは逆方向の第二方向に超音波を伝搬させて、前記第一方向の所定伝搬距離を超音波が伝搬する第一伝搬時間と前記第二方向の所定伝搬距離を超音波が伝搬する第二伝搬時間とを計測して、前記サンプルガスの音速を測定するサンプルガス音速測定手段を、音速計測部に備えたサンプルガスの音速測定装置の第一の特徴構成は、
サンプルガス流入部を備えたサンプルガス循環路と、
当該サンプルガス循環路内に流入したサンプルガスを循環させる循環手段と、
当該サンプルガス循環路内を流れるサンプルガスの流量を目標流量に設定するサンプルガス流量制御手段とを備え、
前記サンプルガス音速測定手段を設けた音速測定用管部を前記サンプルガス循環路内に備え、
当該音速測定用管部内を流れるサンプルガスの温度を目標温度に設定するサンプルガス温度制御手段と、
当該音速測定用管部内を流れるサンプルガスの圧力を目標圧力に設定するサンプルガス圧力制御手段とを備え、
当該音速測定用管部の温度を前記目標温度に維持する保温手段を設け、
前記目標流量、前記目標温度、前記目標圧力が入力される測定条件入力部を備えたことにある。
【００１２】
この音速測定装置においても、ガスの流れに対して、順方向（第一方向）及び逆方向（第二方向）に超音波を伝搬させて、その伝搬速度からガスの音速を求める。即ち、音速測定用管部をサンプルガス循環路に備え、その音速測定用管部に超音波式のサンプルガス音速測定手段を備える。
【００１３】
この循環路内では、目標流量の入力及びサンプルガス流量制御手段の働きにより、サンプルガスの流速が音速測定に適した流速に設定される。
さらに、測定条件である温度、圧力に関しては、測定条件入力部から入力される目標温度及び目標圧力に従って、サンプルガス温度制御手段、サンプルガス圧力制御手段及び保温手段により、実質的に音速測定用管部におけるサンプルガスの温度及び圧力が、個別に確度良く制御・設定され、音速測定用管部の測定条件を音速測定に適合したものとできる。
【００１４】
そして本願装置では、サンプルガスの循環を継続しながら、循環路内に設けられた音速測定管部の温度・圧力を制御するため、測定条件として、高い圧力範囲の測定を行なう場合でも、正確に、温度・圧力を設定できる。
【００１５】
さらに、本願構成では、実際に測定を行なう音速測定用管部に保温手段を設けるため、温度設定及び圧力設定において、測定条件に適合する条件を音速測定管部で確実に実現できる。また、サンプルガスの温度・圧力は、サンプルガスが循環路を循環される状態で独立に制御されるため、その温度・圧力を目標温度、目標圧力に迅速に到達させることができる。
【００１６】
上記の第一の特徴構成を備えたサンプルガスの音速測定装置において、下記第二の特徴構成を備えることが好ましい。
第二の特徴構成
音速測定用管部の中間部位にサンプルガス音速測定手段を備えるとともに、当該サンプルガス音速測定手段の上流側音速測定用管部位及び下流側音速測定用管部位に保温手段を備える。
【００１７】
この構成では、サンプルガス音速測定手段を挟んでその両側（サンプルガス音速測定手段の上流側音速測定用管部位及び下流側音速測定用管部位）に保温手段を備えるため温度管理をさらに厳密に行える。
【００１８】
また、上記の第一の特徴構成又は第二の特徴構成を備えたサンプルガスの音速測定装置において、下記第三の特徴構成を備えることが好ましい。
第三の特徴構成
音速測定用管部の上流側にサンプルガス温度制御手段を備えるとともに、音速測定用管部の下流側に前記サンプルガス圧力制御手段を備える。
【００１９】
この構成では、音速測定用管部に流入するサンプルガスに関して、温度に関しては、サンプルガス温度制御手段を音速測定用管部の上流側に設けることで、音速測定用管部に流入するサンプルガスの温度を良好に目標温度に制御できる。一方、圧力に関しては、サンプルガス圧力制御手段を音速測定用管部の下流側に設けることで、音速測定用管部から流出した位置で圧力制御を行なうこととなるため、少なくとも音速測定用管部の圧力を良好に目的圧力に維持・制御できる。
【００２０】
これまで説明したサンプルガスの音速測定装置にて測定される音速、温度、圧力のデータは、それらの値に基づいて測定対象ガスの熱量を導出する熱量計としての熱量導出装置において、良好に利用可能である。
即ち、熱量導出装置の特徴構成は、
これまで説明してきた前記サンプルガスの音速測定装置を使用して測定され導出される、予め発熱量が判明している組成の異なる複数の前記サンプルガス各々の音速と温度と圧力との関係指標としての音速−温度−圧力関係指標を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶される複数の前記音速−温度−圧力関係指標から、測定対象ガス通流部を通流する測定対象ガスの温度及び圧力における、音速と発熱量との関係指標として求まる音速−発熱量関係指標を生成する指標生成手段と、
前記測定対象ガス通流部を通流する音速と、前記指標生成手段にて生成された前記音速−発熱量関係指標とに基づいて前記測定対象ガスの発熱量を求める発熱量導出手段とを備える点にある。
【００２１】
上述の構成を有する熱量導出装置によれば、これまで説明したサンプルガスの音速測定装置にて、独立に精度良く制御・設定された温度及び圧力と、当該温度及び圧力下にて測定される音速との関係指標である音速−温度−圧力関係指標を精度良く導出することができると共に、指標生成手段は、当該音速−温度−圧力関係指標から、測定対象ガスの温度及び圧力における音速と発熱量との関係指標として求まる音速−発熱量関係指標を、精度良く生成できる。
更に、発熱量導出手段は、測定対象ガスの音速と、指標生成手段にて生成された音速−発熱量関係指標とに基づいて、測定対象ガスの発熱量を良好に導出できる。
【００２２】
さて、上記した何れかのサンプルガスの測定装置を使用して、音速を求める場合、前記目標圧力を０．１〜１０ＭＰａの範囲内の圧力として測定することが好ましい。
【００２３】
この場合、サンプルガスの流量範囲は、特に限定されず必要に応じ、適宜定めれば良い。
【００２４】
さらに、音速の測定に際しては、
前記目標圧力をＡＭＰａとし、前記目標温度をＴ℃（例えば、０〜５０℃）とする場合に、前記サンプルガスの圧力がＡ±０．００２５ＡＭＰａの範囲内となり、前記サンプルガスの温度がＴ±０．５℃となるまで、前記サンプルガス循環路でサンプルガスを循環させ、サンプルガスの圧力及び温度が前記範囲内に収まった状態で、音速を測定することが好ましい。
【００２５】
この程度の範囲内に温度、圧力を収束させて測定を行うことで、例えば、本願手法により測定された音速を使用して製品ガスの発熱量を推定する場合に、実際の製品ガスの管理基準の変動率と同様な状態でサンプルガスを管理することとなり、実用上、有意な発熱量測定が可能とできる。
【００２６】
更に、音速の測定に際しては、
前記音速測定用管部における前記サンプルガスの温度を一定に維持した状態で、前記音速測定用管部における前記サンプルガスの圧力を変化させながら音速を測定する第１音速測定方法と、前記音速測定用管部における前記サンプルガスの圧力を一定に維持した状態で、前記音速測定用管部における前記サンプルガスの温度を変化させながら音速を測定する第２音速測定方法との少なくとも何れか一方の方法にて、音速を測定することが好ましい。
【００２７】
上記特徴構成によれば、第１音速測定方法では温度を一定に維持した状態で圧力を変化させて音速を測定でき、第２音速測定方法では圧力を一定に維持した状態で温度を変化させて音速を測定できるから、温度及び圧力を測定する際に、温度及び圧力の一方の変化の影響を他方に及ぼさない状態で、複数の温度及び圧力における音速の測定を実行できる。
結果、多くの異なる温度及び圧力で音速を測定する必要があるサンプルガスの音速測定を、精度良く、迅速に実行できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本願の実施形態に係るサンプルガスの音速測定装置の構成を示す図
【図２】本願の実施形態に係る音速の導出形態を示す図
【図３】本願の実施形態に係るサンプルガスの音速測定装置を使用した場合に温度を一定に維持して圧力を変化させたときの温度及び圧力の変化状況を示すグラフ図
【図４】本願の実施形態に係るサンプルガスの音速測定装置を使用した場合に圧力を一定に維持して温度を変化させたときの温度及び圧力の変化状況を示すグラフ図
【図５】本願の実施形態に係るサンプルガスの音速測定装置を使用した場合で温度を複数の異なる固定値に維持している状態の夫々で、圧力を変化させたときの温度及び圧力の変化状況を示すグラフ図
【図６】従来のサンプルガスの音速測定装置の構成を示す図
【図７】図７に示す従来のサンプルガスの音速測定装置を使用した場合の測定条件（温度及び圧力）の変化を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本願の実施形態に係るサンプルガスの音速測定装置１００について、以下、図面を使用して説明する。図１はサンプルガスの音速測定装置１００の構成を示す図である。
〔サンプルガスの音速測定装置〕
図１に示すように、本願の実施形態に係るサンプルガスの音速測定装置１００は、サンプルガスｇの循環路１を備えるとともに、その循環路１の所定部位に設けられた音速測定用管部２(音速測定用管部の一例)を備えて構成されている。この音速測定用管部２には、超音波を使用して音速を導出可能なサンプルガス音速測定手段３を備えている。
【００３０】
サンプルガス音速測定手段３は、音速測定用管部２に、一対の超音波発信・受信子３０を備えて構成される測定部３ａと、当該測定部３ａに於ける超音波の発信・受信を制御するとともに、測定部３ａから得られる超音波の伝搬時間に基づいてサンプルガスｇの音速Ｃを求める制御・解析部３ｂを備えて構成されている。
【００３１】
図１、図２に示すように、測定部３ａの構成は一般的な超音波流量計に備えられる測定部の構成と同じであり、サンプルガスｇが流れるガス流路３ｃを横切って一対の超音波発信・受信子３０を設けた構成とされている。そして、制御・解析部３ｂからの指令を受けて、サンプルガスｇの流れ方向に対して、当該流れ方向に沿った第一方向ｄ１及び当該第一方向ｄ１とは逆方向の第二方向ｄ２に超音波を伝搬させて、第一方向ｄ１の所定伝搬距離２Ｌ（超音波発信・受信子間の距離）を超音波が伝搬する第一伝搬時間Ｔ１２と第二方向ｄ２の所定伝搬距離２Ｌを超音波が伝搬する第二伝搬時間Ｔ２１とを計測可能とする部位である。制御・解析部３ｂにあっては、得られる第一伝搬時間Ｔ１２、第二伝搬時間Ｔ２１から、図２に示す演算式に従って、サンプルガスｇの音速Ｃを導出する。
【００３２】
ここで、音速測定用管部２の構成は、直管部全長が１１５０ｍｍ、管径が５０ｍｍである。測定に際しては、この音速測定用管部２内を熱量４５ＭＪ／ｍ3Ｎのサンプルガスｇが、３０分間で１０回ガス置換する程度の流量で流れるようにサンプルガスｇの流量を設定している。
【００３３】
以上が、サンプルガス音速測定手段３の構成であるが、以下、サンプルガス循環路１に備えられる各機能部位に関して順に説明する。各機能部位としては、サンプルガス流入部４、昇圧・循環手段５、ヘッダー６、サンプルガス流量制御手段７、サンプルガス温度制御手段８、サンプルガス圧力制御手段９、保温手段１０及び、音速測定制御部１１を備えている。
【００３４】
音速測定制御部１１は、音速測定においてその測定条件である、サンプルガスｇの目標流量、目標温度、目標圧力が入力される測定条件入力部１１ａを備えている。
【００３５】
サンプルガス流入部４は、組成の異なった各サンプルガスｇを貯蔵したボンベ４ａが接続される部位であり、このサンプルガス流入部４を介してサンプルガス循環路１内に各サンプルガスｇを充填することができる。一方、図示は省略するが、サンプルガス循環路１から測定済みのサンプルガスを排出するサンプルガス排出部も別途備えられている。無論、ボンベ４ａを取り外した状態で、サンプルガス流入部４を排気用に使用してもよい。
【００３６】
昇圧・循環手段５は、所謂、昇圧ポンプ５ａから構成されており、この昇圧ポンプ５ａにより、サンプルガス循環路１内の圧力を、目標圧力よりわずかに高い状態に維持するとともに、サンプルガス循環路１におけるサンプルガスｇの循環を良好に行う。
【００３７】
ヘッダー６は、所謂、タンクであり、測定対象となるサンプルガスｇを貯蔵し、サンプルガス循環路１におけるサンプルガスｇの流れを過不足なく安定的に維持する。
【００３８】
サンプルガス流量制御手段７は、前記測定条件入力部１１ａに入力された目標流量に、サンプルガス循環路１内を流れるサンプルガスｇの流量を制御する。この目的から、サンプルガス流量制御手段７は、循環路１内を流れるサンプルガスｇの流量を検出する流量検出部７ａと、この流量検出部７ａで検出された流量と目標流量との関係から、循環路１内を流れるサンプルガスｇの流量を目標流量とすべく流量制御弁７ｃへの制御指令を生成する制御器７ｂと、この制御器７ｂからの制御指令を受けて流量を制御する流量制御弁７ｃとを備えて構成されている。尚、当該実施形態ではサンプルガス流量制御手段７を自動で制御するものとしたが、必要に応じ、手動で制御する構成としても構わない。
【００３９】
サンプルガス温度制御手段８は、前記測定条件入力部１１ａに入力された目標温度に、サンプルガス循環路１内（少なくとも音速測定用管部２内）を流れるサンプルガスｇの温度を制御する。この目的から、サンプルガス温度制御手段８は、循環路１内を流れるサンプルガスｇの温度を検出する温度検出部８ａと、この温度検出部８ａで検出された温度と目標温度との関係から、循環路内を流れるサンプルガスｇの温度を目標温度とすべく熱交換器８ｃへの給熱側熱媒ｈの供給量を制御する制御指令を生成する制御器８ｂと、この制御器８ｂからの制御指令を受けてサンプルガスｇへの熱量供給を行う熱交換器８ｃとを備えて構成されている。
【００４０】
サンプルガス圧力制御手段９は、前記測定条件入力部１１ａに入力された目標圧力に、サンプルガス循環路１内（少なくとも音速測定用管部２内）を流れるサンプルガスｇの圧力を制御する。この目的から、サンプルガス圧力制御手段９は、循環路１内を流れるサンプルガスｇの圧力を検出する圧力検出部９ａと、この圧力検出部９ａで検出された圧力と目標圧力との関係から、循環路１内を流れるサンプルガスｇの圧力を目標流量とすべく圧力制御弁９ｃへの制御指令を生成する制御器９ｂと、この制御器９ｂからの制御指令を受けて圧力を制御する圧力制御弁９ｃとを備えて構成されている。尚、当該実施形態ではサンプルガス圧力制御手段９を自動で制御するものとして示したが、必要に応じ、手動で制御する構成としても構わない。
【００４１】
保温手段１０は、サンプルガス音速測定手段３の測定部３ａを設けた音速測定用管部２及び測定部３ａの温度を目標温度に維持するように構成されている。図示する例では、保温手段１０は、測定部３ａの出口に設けられる温度検出部１０ａと、音速測定用管部２及び測定部３ａを加熱するヒータ１０ｃと、温度検出部１０ａで検出されるサンプルガスｇの温度と目標温度との偏差に基づいて、ヒータ１０ｃへの温度指令を生成する制御部１０ｂとを備えて構成されている。ヒータ１０ｃは音速測定用管部２及び測定部３ａに管巻されており、このヒータ１０ｃによりサンプルガスｇを実質的に目標温度とする。従って、両部位２、３ａを良好に目標温度に保つことができる。さらに詳細には、サンプルガス音速測定手段３の測定部３ａの上流側音速測定用管部位２ａ及び下流側音速測定用管部位２ｂの両方に、保温手段１０を構成するヒータ１０ｃが巻かれている。
【００４２】
図１から判明するように、音速測定用管部２の上流側にサンプルガス温度制御手段８を備えるとともに、音速測定用管部２の下流側にサンプルガス圧力制御手段９が備えられている。
【００４３】
また、ヘッダー６の容積を含むサンプルガス循環路１の流路容積が、音速測定用管部２の流路容積に対して、３倍以上１０倍以下に選択されている。
【００４４】
〔サンプルガスの音速測定装置の使用〕
以上が、サンプルガスｇの音速測定装置１００の構成であるが、以下、この装置１００の使用状況に関して説明する。
【００４５】
サンプルガス
サンプルガスｇの組成は、基本的に天然ガス及び需要者に供給される都市ガスの組成を考慮して決定するものとし、１０種の組成のガスを基本とする。これらサンプルガスｇのメタン成分量は、１００％〜８０％まで段階的に変化させる。余の成分は、エタン、ブタン等とする。
【００４６】
流量
この装置１００は、音速測定用管部２におけるサンプルガスｇの流量が生じている状態に、即ち、サンプルガスｇの流量を任意の範囲内で設定する。サンプルガスｇの流量範囲は特に限定されず、必要に応じて、適宜定めればよい。
【００４７】
温度・圧力
目標温度は、その範囲を０〜５０℃とし、例えば、１０℃づつ段階的に変化させて音速を測定する。
目標圧力を０．１〜１０ＭＰａの範囲内で、例えば、１ＭＰａづつ、あるいは０．５ＭＰａづつ段階的に変化させて音速を測定する。
【００４８】
流速
サンプルガスｇの流速は特に限定されないが、音速測定用管部３の測定部３ａでのサンプルガスの流れの状態が、乱流となるような速度範囲が望ましい。例えば、本実施形態の音速測定用管部３では、０．１ｍ／ｓｅｃ程度に設定される。
尚、流速は、測定環境に応じ適宜設定可能である。つまり、流速の範囲は、音速測定用管部３の管径やサンプルガスの組成からレイノルズ数を求め、レイノルズ数が乱流となる範囲として適宜設定することが可能である。
【００４９】
音速測定用管部２における目標圧力からの許容偏差を±０．２５％とし、目標温度からの許容偏差を±０．５℃とした。即ち、目標圧力をＡＭＰａとし、目標温度をＴ℃とする場合に、サンプルガスｇの圧力がＡ±０．００２５ＡＭＰａの範囲内となり、サンプルガスｇの温度がＴ±０．５℃となるまで、サンプルガス循環路１でサンプルガスを循環させ、サンプルガスｇの圧力及び温度が前記範囲内に収まった状態で、音速を測定するものとした。
【００５０】
以下、参考のために、本願の実施形態に係るサンプルガスｇの音速測定装置１００を使用した場合の測定条件（温度及び圧力）の変化を示す。
図３は、当該サンプルガスｇの音速測定装置１００を使用して音速測定を行う場合に、測定条件であるサンプルガスｇの温度を所定の温度（図３では、１０℃）に維持した状態で、サンプルガスｇの圧力を段階的に変化させた場合の温度及び圧力の変化状態を示したものである。一方、図４は、測定条件であるサンプルガスｇの圧力を所定の圧力（図４では、３．９〜４．１Ｍｐａの間で、約４ＭＰａ）に維持した状態で、サンプルガスｇの温度を段階的に変化させた場合の温度及び圧力の変化状態を示したものである。図５は、測定条件であるサンプルガスｇの温度を複数の異なる固定値（図５では、約０℃、約１０℃、約２０℃、約３０℃、約４０℃、約５０℃）に維持している状態の夫々において、サンプルガスｇの圧力を変化させた場合の温度及び圧力の変化状態を示したものである。尚、図４のグラフ図は、図５のグラフ図からデータを抽出したものである。
【００５１】
例えば、製品ガス製造工場においては、ガスの圧力がほぼ一定の圧力（３．５から３．６ＭＰａ）に保たれている状態で、ガス温度が１２℃から４０℃まで独立に変化する場合がある。
ここで、特許文献１で使用された従来のサンプルガスｇの音速測定装置（図６に示す）を用いた場合の測定条件（温度及び圧力）の変化を、図７に示す。
図７に示すように、従来の音速測定装置においては、温度と圧力が連動して変化しており、音速に関して温度・圧力をそれぞれ独立のパラメータとする音速データを取ることが充分できていなかったことが判る。
【００５２】
これに対して、本願の実施形態に係るサンプルガスｇの音速測定装置１００では、図３に示すように、温度一定の下、圧力を高圧力（約５ＭＰａ）から低圧力（約１ＭＰａ）まで段階的に変化させて音速を測定すること（第１音速測定方法の例）が可能となっている。また、図４に示すように、圧力一定の下、温度を低温（約０℃）から高温（約５０℃）まで段階的に変化させて音速を測定すること（第２音速測定方法の例）が可能となっている。更に、図５に示すように、一定に維持する温度を、約０℃〜約５０℃の間において、任意に設定することが可能であり、何れの温度においても、その温度を固定した状態で、圧力を段階的に変化させることが可能である。また、図示は省略するが、圧力についても、約１ＭＰａ〜約１０ＭＰａの間において、任意の固定値に固定することができ、何れの値に圧力を固定している場合にも、温度を段階的に変化させることができる。
即ち、本願の実施形態に係るサンプルガスｇの音速測定装置１００によれば、温度と圧力とを独立且つ安定的に変化させることが可能となっており、良好に音速を測定することができる。
【００５３】
上記の実施の形態では、音速測定用管部２を直管として形成したが、測定部３ａを直管としておき、その上流側及び下流側を曲り管としてもよい。
【００５４】
これまで説明してきたサンプルガスｇの音速測定装置１００にて、独立且つ精度良く制御・設定される複数の温度・圧力下において測定される音速の値は、一般に良く知られる熱量計としての熱量導出装置に、良好に使用可能である。
即ち、本願の実施形態に係る熱量導出装置は、図示は省略するが、これまで説明してきたサンプルガスｇの音速測定装置１００を使用して測定され導出される、予め発熱量が判明している組成の異なる複数のサンプルガスｇ各々の音速と温度と圧力との関係指標としての音速−温度−圧力関係指標を記憶する記憶部を備えている。
当該記憶部に記憶される音速−温度−圧力関係指標は、具体的には、音速を圧力と温度をパラメータとする回帰式や、音速を圧力をパラメータとして温度の関係式で示したグラフ図である。ここで、夫々の音速−温度−圧力関係指標は、サンプルガスｇの一つの発熱量に対応する形態で記憶される。
更に、熱量導出装置は、記憶部に記憶される複数の音速−温度−圧力関係指標から、測定対象ガス通流部を通流する測定対象ガスの温度及び圧力における音速と発熱量との関係指標として求まる音速−発熱量関係指標を生成する指標生成手段と、測定対象ガス音速測定手段により測定された音速と指標生成手段にて生成された音速−発熱量関係指標とに基づいて測定対象ガスの発熱量を求める発熱量導出手段とを備える。
尚、本願の実施形態に係る熱量導出装置に含まれる構成ではないが、測定対象ガス通流部には、測定対象ガスの温度を測定する測定対象ガス温度測定手段と、測定対象ガスの圧力を測定する測定対象ガス圧力測定手段と、測定対象ガスの音速を測定する測定対象ガス音速測定手段とが備えられている。熱量導出装置は、測定された圧力、温度、及び音速を、取り込み可能に構成されている。
指標生成手段は、測定対象ガスの温度及び圧力が判明する場合に、当該温度及び圧力を、音速−温度−圧力関係指標に入力する形態で、音速と発熱量との関係指標である音速−発熱量関係指標を生成する。尚、当該音速―発熱量関係指標を生成する過程については、例えば、特許文献１に示されるように公知であるので、ここではその詳細な説明を割愛する。
発熱量導出手段は、測定対象ガス音速測定手段により測定された音速と指標生成手段にて生成された音速−発熱量関係指標とに基づいて測定対象ガスの発熱量を導出する。
つまり、発熱量導出装置にあっては、サンプルガスｇの音速測定装置１００により、独立に精度良く制御・設定された温度及び圧力下により測定された音速に基づいて、発熱量を導出するから、導出する発熱量も精度の良いものとなる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の音速測定装置、サンプルガスの音速測定方法、及び熱量導出装置は、従来、使用対象とされてこなかった高圧側の音速を、適切に測定することができる音速測定装置、サンプルガスの音速測定方法、及び熱量導出装置として、有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１      サンプルガス循環路
２      音速測定用管部
２ａ    上流側音速測定用管部位
２ｂ    下流側音速測定用管部位
３      サンプルガス音速測定手段
５      昇圧・循環手段
７      サンプルガス流量制御手段
８      サンプルガス温度制御手段
９      サンプルガス圧力制御手段
１０    保温手段
１１ａ  測定条件入力部
１００  サンプルガスの音速測定装置
ｇ      サンプルガス
ｄ１    第一方向
ｄ２    第二方向
２Ｌ    所定伝搬距離
Ｔ１２  第一伝搬時間
Ｔ２１  第二伝搬時間
Ｃ      音速
【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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