JP2002543385A - 液体濃度の測定 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 液化天然ガス（ＬＮＧ）の液体混合物の少なくとも１つの成分の割合を決定する装置及び方法。ＬＮＧのメタンのパーセント及びエタン／メタン比は、２つの温度におけるＬＮＧの熱伝導度を測定することにより決定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、液体混合物、特に液化天然ガス（ＬＮＧ）の１以上の構成成分の濃
度の測定に関する。 ＬＮＧは、大型車両、例えばバス及びトラック用の代替クリーン燃料として現
在使用されている。ＬＮＧ生産工程では、天然ガス中に存在する二酸化炭素、水
及び臭気物質（odourant）を除去し、基本的にメタン、エタン、プロパン及びブ
タンのみを残す。 以下の「新鮮」及び「古い」タンクガス由来のバッジド（bagged）サンプルの
クロマトグラフィー分析に示される、車両タンク及び燃料パイプ中のガス組成の
経時的変化により、ＬＮＧ車における動作上の問題が観察されている。 メタン対非メタン成分の組成比の経時的なシフトをはっきりと観察することが
できる。 ＬＮＧガス組成の変動は、エンジンの性能に影響することができ、「ノッキン
グ」を経た損傷を導くだろう。この組成変化は、ＬＮＧ混合物からのメタンの優
先的「ボイルオフ（boil off）」により引き起こされる。以下に示すように、メ
タンは他の成分よりも沸点が極めて低い。

【０００２】 本発明の第一の側面にしたがうと、液化天然ガスの液体混合物の少なくとも１
つの成分の割合を決定する装置であって、２つの異なる温度にて当該混合物の熱
伝導度を測定する手段及び熱伝導度測定値から当該混合物の少なくとも１つの成
分の割合を決定する制御手段を含んでいることを特徴とする装置が提供される。 前記の装置は、頑丈であり、応答時間が早くかつ安価に製造することができる
適切な熱伝導度センサーを有し、ＬＮＧの少なくとも１つの成分の割合の正確な
決定を提供する。 前記の装置は、混合物の温度及び圧力のいずれか１つ又は両方を測定する手段
を有していてもよい。制御手段は、熱伝導度測定値並びに温度及び圧力のいずれ
か又は両方の値から混合物の少なくとも１つの成分の割合を決定するように配置
されるだろう。 決定される少なくとも１つの成分の割合は、メタンの割合又はエタン／メタン
比であろう。 前記の装置は、好ましくはエンジン管理システムと共に使用され、エンジンに
供給される液化天然ガスの成分比の変動にもかかわらず、液化天然ガス燃料エン
ジンの適切な動作を保証する。 本発明の第２の側面にしたがうと、液化天然ガスの液体混合物の少なくとも１
つの成分の割合を決定する方法であって、第１の温度において当該混合物の熱伝
導度を測定する工程、第２の温度において当該混合物の熱伝導度を測定する工程
、及び、熱伝導度測定値から当該混合物の少なくとも１つの成分の割合を決定す
る工程を含む方法が提供される。 本発明の例示が、添付図面を参照して以下に記載される。

【０００３】 図１に示す装置は、例えば、熱伝導度センサー２、温度センサー３及び絶対圧
力センサー４にそれぞれコネクター５、６及び７で連結されたコンピュータ又は
マイクロプロセッサである制御手段１を含んでいる。この例において、熱伝導度
センサー２、温度センサー３及び圧力センサー４は、ＬＮＧを輸送するために配
置され、ＬＮＧをエンジンに供給する燃料パイプである導管の内容物の測定値を
得るために取り付けられかつ配置されている。熱伝導度センサー及び温度センサ
ーは、当該技術分野において周知の全ての適切な形状を取ることができるだろう
。しかしながら、好ましい例において、熱伝導度センサー２及び温度センサー３
は、後述するように単一ユニット中に組み合わせられる。絶対圧力センサー３は
、当該技術分野において周知のオリフィスプレート又はバイパスベンチュリ（by
-pass venturi）等の全ての適切な形状を取ることができるだろう。 導管８の内容物のメタンの割合又はエタン／メタン比を決定するとき、制御手
段１は図２に示す手順にしたがう。工程２１において、制御手段１は、熱伝導度
センサー２に第一の温度にて導管８の内容物の熱伝導度測定値を取得することを
指示し、その結果ＴｈＣ（Ｓｔ）を蓄積する。工程２２において、制御手段１は
、熱伝導度センサー２に第二の温度にて導管８の内容物の熱伝導度測定値を取得
することを指示し、その結果ＴｈＣ（Ｒ）を蓄積する。より正確な結果のために
、工程２１及び２２を１回以上繰り返して、第一及び第二の温度のそれぞれにお
ける熱伝導度の平均値を得てもよい。好ましい例では、測定温度に対して検出器
を安定させるための時間を提供するために各読み取りの間隔を１秒の遅延で５０
００の結果を取った。 工程２３において、制御手段１は、温度センサー３から導管８の内容物の周囲
温度Ｔを読み取り、その結果を蓄積する。工程２４において、制御手段１は、導
管８の内容物の絶対圧力Ｐを読み取り、その結果を蓄積する。 工程２５において、導管８のＬＮＧ混合物のメタンの割合を決定するために、
制御手段１は、以下に示す関係（１）において工程２１〜２４で蓄積した値を使
用する。

【０００４】 ＣＨ₄＝ａＰ＋ｂＴ＋ｃＴ²＋ｄＴｈＣ（Ｓｔ）＋ｅＴｈＣ（Ｒ）＋ｆ （１） （式中、 ＣＨ₄は、推定されるメタンのパーセントであり、 Ｐは、導管中の液体の絶対圧力であり、 Ｔは、導管中の液体の温度であり、 ＴｈＣ（Ｓｔ）は、第一の温度における導管中の液体の熱伝導度であり、 ＴｈＣ（Ｒ）は、第二の温度における導管中の液体の熱伝導度であり、 ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆは、直線回帰を使用して実験データから決定される定
数である。） 圧力がバールＡの単位で測定されるとき、温度は摂氏温度で測定され、熱伝導
度はワット／メートル×ケルビン（Ｗ／ｍ．Ｋ）の単位で測定される。定数ａ〜
ｆは実質的に以下の値である。 ａ＝−０．４４、ｂ＝−０．３９、ｃ＝０．００１７、ｄ＝４１、ｅ＝−４２及
びｆ＝−１８１ 工程２５に追加して又は代替として、工程２６において、導管８のＬＮＧ混合
物のエタン対メタンの比を、以下に示す関係（２）において工程２１〜２４で蓄
積した値を使用して決定する。 Ｃ２／Ｃ=ｇＰ＋ｈＴ＋ｉＴ²＋ｊＴｈＣ（Ｓｔ）＋ｋＴｈＣ（Ｒ）＋ｌ （２） （式中、 Ｃ２／Ｃは推定されるパーセントとしてのエタン／メタン比であり、 ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ及びｌは、直線回帰を使用して実験データから決定される
定数である。） 圧力がバールＡの単位で測定されるとき、温度は摂氏温度で測定され、熱伝導
度はワット／メートル×ケルビン（Ｗ／ｍ．Ｋ）の単位で測定される。定数ｇ〜
ｌは実質的に以下の値である。 ｇ＝０．００５３、ｈ＝０．００５１、ｉ＝−０．００００２４、ｊ＝−０．６
１、ｋ＝０．６６及びｌ＝３．１４

【０００５】 推定されるメタンのパーセント及び推定されるエタン／メタン比の測定値のい
ずれか又は両方は、エンジン管理システムによって使用されるだろう。エンジン
管理システムは、エンジンに供給されるＬＮＧの成分比の変動にもかかわらず、
ＬＮＧ供給エンジンの効率的な動作のを保証し、効率的な動作を達成することが
できるだろう。エンジン管理システムは、ＬＮＧの品質に応じて点火のタイミン
グを調節して、エンジンのノッキングを止めることができるだろう。代替又は追
加として、スロットル制御のプロフィールを、ＬＮＧの品質に依存して変化させ
ることができるだろう。例えばＬＮＧの品質が悪い場合、同一の出力を得るため
にはスロットルをより開かなければならないだろう。代替として、推定されるメ
タンのパーセント及び推定されるエタン／メタン比のいずれか又は両方を、全て
の適切な目的に使用してもよく、又は表示してもよい。 液体混合物の少なくとも１つの成分の割合を決定するための装置を、「新鮮」
ＬＮＧから「古い」ＬＮＧの変化を表すように選択した以下に示す４つのガス混
合物について試験した。 この試験はガス性混合物を用いて行ったけれども、試験はＬＮＧのような液体
混合物についても同様に機能することが見出された。 試験装置は、２つの温度における熱伝導度を測定するように配置された熱伝導
度センサー、絶対圧力センサー及び熱センサー（すべてが、試験ガスサンプルが
連続的に導入される環境キャビネット（environmental cabinet）中に位置して
いる）を含んでいた。各センサーは、標準機器に対して較正されていた。各サン
プルの温度を環境チャンバーにより変化させ、チャンバー内の絶対圧力は精密調
節装置により変化させた。

【０００６】 図３は、Ｙ軸が各サンプルについての測定された又は推定されたメタンのパー
セントを示し、Ｘ軸が実際のメタンのパーセントを示している。推定値は、非常
に小さい誤差があるのみで極めて密接に実際の値と一致した。前記の方法を使用
した繰り返しの実験の結果は、実際のメタンの割合±０．３３％以内の２標準偏
差（two standard deviations）範囲を生じることが見出された。したがって、
（１）の関係を使用して、極めて効率的なエンジン管理を提供する極めて正確な
データが得られた。 図４は、Ｙ軸が推定されるエタン／メタン比を示し、Ｘ軸が実際のエタン／メ
タン比を示していることを除き図３と同様である。前記の方法を使用した繰り返
しの実験の結果は、実際のエタン／メタン比±０．００４９％の２標準偏差を生
じ、これは（１）の関係を使用した図３に示される推定メタン割合よりもより正
確であった。（２）の関係を使用しても、効率的なエンジン管理に使用すること
ができる非常に正確なデータが得られた。 環境チャンバーを使用して行った実験は、圧力の変動は最終の計算された割合
に対して僅かな差異のみを引き起こしたことを示した。このことは、絶対圧力セ
ンサーは、正確性が低い要件、例えば安価なセンサーについては省略することが
できることを示唆している。 ＬＮＧの熱伝導度は、すべての適切な装置又は方法により測定することができ
る。しかしながら、好ましい方法は、試験する液体によって取り囲まれるように
配置された抵抗器を有するセンサーを使用する。正確な測定のためには、抵抗器
を、抵抗器を支持する基材から熱的に分離して、抵抗器により発生する熱が、取
り囲む液体を経た伝導によってのみ抵抗器から実質的に離れて移動するようにす
る必要がある。抵抗器に電気出力を印加することにより、抵抗器を、周囲温度を
超えた温度に加熱し、当該温度における液体の熱伝導度を測定してもよい。好ま
しいセンサーは、周囲温度を測定するための追加の抵抗器を有している。この追
加の抵抗器はその基材に熱的に結合して、周囲温度に維持されることが保証され
る。抵抗器の効果的な抵抗はその温度に依存する。

【０００７】 好ましくは、熱伝導度を決定する液体に暴露されるように配置された抵抗器を
有する熱伝導度センサーのための制御回路が提供される。制御回路は、抵抗器を
少なくとも２つの異なる温度に加熱する手段、及び、抵抗器が加熱される少なく
とも２つの温度のそれぞれにおいて液体の熱伝導度を示すシグナルを提供するよ
うに配置された手段を含んでいる。そのような制御回路は、１以上の温度におけ
る液体の熱伝導度測定値を提供することができ、これはＬＮＧ中の１以上の構成
成分の割合の決定において有用である。正確な熱伝導度測定値は、安価、コンパ
クトかつ丈夫な前記のセンサーにより得ることができる。制御回路は、前記制御
手段１の一部を形成していてもよい。 図５は、パイプ内側のガス流に暴露される熱伝導度測定抵抗器Ｒｍ及び周囲温
度測定抵抗器Ｒａを有する、ガスパイプ５２の壁に位置づけられた前述の熱伝導
度センサー５１を示している。もちろん、センサー５１は、流れている又は静止
している全ての液体の熱伝導度を測定するように配置されるだろう。 これらの要素の抵抗は、以下の関係にしたがい、ほぼ温度にしたがって変化す
る。 （３）....Ｒｍ＝Ｒｍｏ（１＋αＴｍ） （４）....Ｒａ＝Ｒａｏ（１＋αＴａ） （式中、 Ｒｍｏは、０℃における熱伝導度測定抵抗器Ｒｍの抵抗（名目上、直列の２つに
ついて２００Ω）であり、 ＲａＯは、０℃における周囲温度測定抵抗器Ｒａの抵抗（名目上、２３５Ω）で
あり、 αは、抵抗器の材料の抵抗の温度係数（名目上、５．５×１０^-3／Ｋ）であり、
Ｔｍは、加熱した熱伝導度測定抵抗器の温度であり、 Ｔａは、周囲温度測定抵抗器の温度である。）

【０００８】 熱伝導度測定抵抗器Ｒｍを取り囲むガスの熱伝導度の測定を可能にするために
、当該抵抗器を電圧源に接続することにより電圧を供給しなければならない。温
度の上昇及び印加された電圧より、熱伝導度測定抵抗器Ｒｍを取り囲むガスの熱
伝導度を、以下の（５）を使用して計算することができる。 （５）....ｋ＝Ψ（Ｐ／θ） （式中、 ｋは、ガスの熱伝導度（典型的には、室温下の空気について３．６５×１０^-5Ｗ
／Ｋ）であり、 Ψは、センサーの構造に関連するスケーリング定数（scaling constant）（０．
００３６のオーダー）であり、 Ｐは、加熱した測定抵抗器Ｒｍにおいて散逸した電圧であり、 Ψは、周囲温度をこえて加熱した測定抵抗器Ｒｍの温度である。） 図６に示すセンサー５１は、回路５３に接続されて、パイプ８中のガス流につ
いての熱伝導度値を種々の温度下で測定することができるように制御される。 回路５３は、供給電圧５８に接続（本例においては、限流抵抗器Ｒｏを介して
）された、２つのアーム５４、５５、及びアースに接続された２つのアーム５６
、５７を有するブリッジ回路、から本質的に構成される。 供給電圧５８に接続された一方のアーム５４は、周囲温度測定抵抗器Ｒａを含
み、供給電圧５８に接続された他方のアーム５５は、熱伝導度測定抵抗器Ｒｍ（
本例においては、直列に接続された抵抗器Ｒｍ１、Ｒｍ２から構成されている）
を含んでいる。 アーム５４とアースとの間を接続するアーム５６は、本例では２つの抵抗器Ｒ
２、Ｒ３を直列に有している。Ｒ３は、所望により短絡回路であることができる
。抵抗器Ｒ３は、抵抗器Ｒ３に並列な経路６１のトランジスタ６０へのライン（
line）５９にて印可された適切な制御シグナルによって経路６１を閉じ、かつ、
抵抗器Ｒ３をバイパスさせることにより短絡させることができる。ブリッジの最
終のアーム５７は抵抗器Ｒ１を有している。抵抗器Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、加熱
した熱伝導度測定抵抗器Ｒｍ及び周囲温度測定抵抗器Ｒａを通った電流の測定を
可能にする。更にこれらの抵抗器は、障害条件（fault condition）の間、電流
がセンサーを通過することを制限して、センサーの損傷を防止又は減少させる。

【０００９】 ブリッジ回路は、Ｖ_R1＝Ｖ_R2を維持し、ブリッジのトップでの電圧Ｖ_Tを調節
することによりブリッジが「釣り合う（balance）」するようにする。これは、
加熱した測定抵抗器Ｒｍの実効抵抗が、以下に示す関係により与えられる周囲温
度測定抵抗器Ｒａの倍数である定数になるように制御する。 （６）....Ｒｍ＝Ｒａ（Ｒ１／Ｒ２）（Ｒ３がバイパスされるとき） 本例においては、Ｒ１＝Ｒ２（２４９Ω）であるので、 （７）....Ｒｍ＝Ｒａ となるようにする。 Ｒｍの値は、式（３）によって決定される、熱伝導度測定抵抗器Ｒｍを加熱す
る温度に対応する。本例においては、周囲温度をこえる約８０℃である。 次いで、Ｒｍを加熱する温度における、熱伝導度測定抵抗器Ｒｍを取り囲むガ
スの熱伝導度を、以下の式（５）を使用して決定することができる。 ｋ＝Ψ（Ｐ／θ） 周囲温度をこえる温度（θ）は、Ｒ１及びＲ２により固定されるものとして知
られており、かつ、Ψは特定のセンサーについての定数であるので、Ｒｍを加熱
した特定の温度における熱伝導度は、当該温度においてＲｍから散逸した電圧（
Ｐ）を測定することにより見出すことができる。 Ｒｍから散逸した電圧Ｐは以下の式によって与えられる。 （８）....電圧＝Ｉ²Ｒｍ Ｒｍを通過する電流は、Ｒ１を通過する電流と同一であるので、電流は以下の
式により見出すことができる。 （９）....Ｉ＝Ｖ_R1／Ｒ１ それゆえ、熱伝導度測定抵抗器から散逸した電圧は以下の式に見出される。 （１０）....電圧＝Ｖ_R1 ²Ｒｍ／（Ｒ１）² 式（３）及び（４）を使用して式（１０）を式（５）に置換することにより、後
述の別表にて説明する結果が得られる。 （１１）....ｋ＝ΨＶ² _R1αＲａｏ Ｒｍｏ／（Ｒａｏ−Ｒｍｏ）Ｒ１²

【００１０】 Ψ、α、Ｒａｏ、Ｒｍｏ及びＲ１は全て定数であるので、熱伝導度検出抵抗器
Ｒｍを取り囲むガスの熱伝導度ｋは、Ｒ１にかかる電圧の二乗に比例する。 （１２）.....ｋ∝Ｖ_R1 ² （１３）....ｋ＝ｚＶ_R1 ² 比例定数ｚは、抵抗器の耐性により、製造された各センサーによって変化する
が、これは、Ｒｍを加熱する温度における既知の熱伝導度を有するガスを用いた
別の較正実験により見出すことができる。それゆえ、第一の温度における抵抗器
Ｒｍを取り囲むガスの熱伝導度は、第一の予め決定した比例定数ｚを用いて、抵
抗器Ｒ１にかかる電圧の二乗から直接決定することができる。 第二の温度におけるガスの熱伝導度を決定するために、抵抗器Ｒ３（２０Ω）
を、Ｒ２と直列に含めた。これは、ライン５９の適切な制御シグナルをトランジ
スタ６０に印加して経路６１を開くことにより達成される。ブリッジ回路中でＶ _R1 ＝Ｖ_R2を維持するために、電圧Ｖ_Tを調節し、以下の式によって与えられるＲ
ｍの実効抵抗を変化させた。 （１４）....Ｒｍ＝Ｒａ（Ｒ１／（Ｒ２＋Ｒ３）） Ｒｍの異なる実効抵抗値は、Ｒ３がバイパスされるときから、異なる温度での
動作を可能にする。温度は式（３）によって規定される。Ｒ３がＲ２と直列であ
るとき、Ｒｍを周囲温度をこえる約６０℃に加熱する。 この第二の温度における抵抗器を取り囲むガスの熱伝導度は、前述の式（１３
）を使用したＲ１にかかる電圧の二乗から見出すことができる。しかしながら、
この場合、比例定数ｚは異なるので、比例定数ｚは、第二の温度において既知の
熱伝導度を有するガスを使用した別の較正実験により見出すことができる。 ゆえに、ブリッジ回路のアーム５６においてＲ３を含める又は除外することに
より、Ｒｍを加熱する温度を、実質的に予め決められた２つの値のいずれか１つ
に制御することができ、これら２つの温度において、周囲ガス（surrounding ga
s）の熱伝導度を予め決められた定数を使用して決定することができる。もちろ
ん、より多くの抵抗器を、ブリッジ回路のアーム６に含めるか又は除外されるよ
うに制御して、より多くの温度における周囲ガスの熱伝導度を決定することがで
きる。

【００１１】 熱伝導度測定抵抗器Ｒｍが加熱される温度は、式（３）、（６）及び（１４）
により示されるＲ１、Ｒ２及びＲ３の値により決定される。本例においてＲ３が
バイパスされるとき、Ｒｍは周囲温度をこえる約８０℃に加熱され、Ｒ３がバイ
パスされないとき、Ｒｍは周囲温度をこえる約６０℃に加熱される。 しかしながら、回路設計の起こりうる副作用は、抵抗器Ｒｍを加熱する温度、
すなわち熱伝導度を測定する温度が、式（６）及び（１４）における抵抗性Ｒａ
に影響する周囲温度に依存することである。 周囲温度は温度計を用いて測定することができるが、図６に示されるようにブ
リッジ回路のトップにおいて電圧Ｖ_Tを使用してより便利に測定することができ
るだろう。周囲温度測定抵抗器Ｒａの抵抗は、ブリッジ回路が以下の式のいずれ
かにおいて（Ｖ_R1＝Ｖ_R2）を使用して平衡化されることを推定することにより決
定することができる。 （１５）....Ｒａ＝Ｒ２（Ｖ_T−Ｖ_R1）／Ｖ_R1 Ｒ３がバイパスされるとき （１６）....Ｒａ＝（Ｒ２＋Ｒ３）（Ｖ_T−Ｖ_R1）／Ｖ_R1 Ｒ３がバイパスされ
ないとき 周囲温度検出抵抗器Ｒａの温度Ｔ、すなわち周囲温度は、式（４）を用いて見
出すことができる。 したがって、周囲温度における全ての変動はモニターすることができ、熱伝導
度測定抵抗器Ｒｍを加熱する温度への対応の調節を決定することができる。Ｒｍ
を加熱する温度に対応する適切な比例定数ｚは、周囲温度の変動にもかかわらず
熱伝導度の正確な測定値の提供を保証するように選択することができる。適切な
比例定数ｚは、熱伝導度測定抵抗器Ｒｍが使用するセンサーに対して動作するこ
とができる各温度についての比例定数ｚを含む参照テーブル中で好ましくは調べ
られる。 代替として、Ｒ１／Ｒ２比又はＲ１／（Ｒ２＋Ｒ３）比の値は、可変のＲ１及
びＲ２の少なくとも１つによって調節して、Ｒｍを予め決められた温度に加熱す
ることを保証することができる。代替として、追加の抵抗器を、Ｒ１及びＲ２の
少なくとも１つに対して直列又は並列になるように配置して、Ｒ１／Ｒ２比又は
Ｒ１／（Ｒ２＋Ｒ３）比を調節し、Ｒｍを予め決められた温度に加熱することを
保証することができる。

【００１２】 図７は、少なくとも２つの温度においてガスの熱伝導度を検出するためのセン
サー制御についての動作シークエンスを示している。番号を付した工程は以下の
意味を有している。 １００ 開始 １０１ トランジスタ６０を制御して抵抗器Ｒ３をバイパスする １０２ カウンターを０にセットする １０３ Ｖ_Tを制御してＶ_R1＝Ｖ_R2にする。 １０４ Ｖ_R1を測定する １０５ Ｖ_Tを測定する １０６ 適宜、式１５又は１６を使用してＲａを決定する １０７ Ｒｍを加熱する温度から、式（４）を使用して、周囲温度を決定する １０８ Ｒｍを加熱する温度について、例えば参照テーブルから比例定数ｚを
選択する １０９ 式（１３）からガスの熱伝導度を計算する １１０ カウンターを増加させる １１１ カウンター２？ １１２ いいえの場合：トランジスタ６０を制御して、抵抗器Ｒ３を含めて、
工程１０３へ １１３ はいの場合：停止 所望の工程１０８は、「所望により、Ｒ１／Ｒ２比又はＲ１／（Ｒ２＋Ｒ３）
比を調節する」と読むことができる。この調節は、熱伝導度測定抵抗器Ｒｍを予
め決められた温度に加熱する前記の全ての方法により達成することができるだろ
う。

【００１３】 図８は、固定されたガス組成物、周囲温度及び圧力についての、熱伝導度測定
抵抗器Ｒｍの温度Ｔの関数としての、センサー５１の出力電圧Ｖ_R1を示している
。センサーの特性は、ゼロ点（null point）２００をこえたときほぼ直線状のプ
ロフィールにしたがい、ゼロ点未満では鋭く低下することが見出された。燃料ガ
スサンプルについての熱伝導度の実験結果と理論的計算値との比較により、ゼロ
点をこえた温度での値については良好な相関となり、ゼロ点未満では相関が徐々
に悪くなった。これは、ゼロ点未満では、 熱伝導度以外の温度要因、例えば対
流及び放射が、徐々にセンサーの性能に対して支配的になるためであろう。しか
しながら、ゼロ点をこえる温度でもこれらの効果は依然として存在するが、熱伝
導度が、正確な熱伝導度測定の達成に対して支配的になる。燃料ガスについての
ゼロ点は約４０℃であることが見出された。したがって、より正確な結果を得る
ために、熱伝導度測定抵抗器Ｒｍは、特定のガスについて好ましくはゼロ点２０
０をこえた温度で動作する。 Ｒ３をブリッジ回路のアーム５６でバイパスするとき、Ｒｍを周囲温度をこえ
る８０℃に加熱するために、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ２４９Ωになるように選択
される。Ｒ３をブリッジ回路のアーム５６においてＲ２と直列にするとき、Ｒｍ
を周囲温度をこえる６０℃に加熱するために、Ｒ３は２０Ωにになるように選択
される。 センサー中のＲｍ及びＲａの抵抗値における製造上の変動（一般的に、５％よ
りも悪い）は、熱伝導度測定抵抗器Ｒｍを予想外又は好ましくない温度で動作さ
せることを引き起こすことができる。このことは、熱伝導度測定抵抗器Ｒｍをゼ
ロ点未満で動作させ、不正確な熱伝導度の結果を提供することを引き起こすだろ
う。

【００１４】 センサーの抵抗の変動により生じる問題を克服するために、２つの追加の電気
経路（それぞれはＶ_R2とアースとの間のブリッジ回路のアーム５６に並列である
）を好ましくは含ませる。各経路はそれぞれ抵抗器を含んでいる。各経路は、好
ましくは適切な制御シグナルを当該経路中のトランジスタに適用することにより
、選択的に開かれる又は閉じられる。一方の電気経路を閉じると、Ｒ３がブリッ
ジ回路のアーム５６から除外され、アーム５６の抵抗器Ｒ２と並列な抵抗器が、
Ｒｍを加熱する温度を上昇させる。他方の電気経路を閉じると、Ｒ３はブリッジ
回路のアーム５６に含まれて、Ｒｍを加熱する２つの温度間の差異を減少させる
。追加の経路の使用は、Ｒｍの加熱された温度が、Ｒｍ及びＲａの抵抗耐性によ
る望ましくないレベルへ低下することを防止する。これらの追加の電気経路を使
用して、前記の周囲温度の変動にもかかわらずＲｍを予め決められた温度に加熱
することを保証することができる。 前記の熱伝導度センサーについて多数の修飾が可能であろう。例えば、あらゆ
る数の直列の抵抗の制御された包含又は除外により、又は、可変抵抗器の使用に
より、又は、ブリッジ回路のアームにおける並列な抵抗器の包含により、熱伝導
度測定抵抗器Ｒｍを、熱伝導度を測定する対応する数の温度に加熱することがで
きる。更に、制御回路５３は、抵抗器の代わりに全ての適切な電気的要素を含む
ことができるだろう。

【００１５】 別表 Ｒｍ＝Ｒｍｏ（１＋∝Ｔｍ）及び Ｔｍ＝Ｔａ＋θ Ｒｍ＝Ｒｍｏ（１＋∝Ｔａ＋∝θ） Ｒｍ＝Ｒｍｏ＋Ｒｍｏ∝Ｔａ＋Ｒｍｏ∝θ θ＝（Ｒｍ／Ｒｍｏ∝）−１／∝−Ｔａ ＝Ｒａｏ（１＋∝Ｔａ）／Ｒｍｏ∝−１／∝−Ｔａ ＝［Ｒａｏ（１＋∝Ｔａ）−Ｒｍｏ−Ｒｍｏ∝Ｔａ］／Ｒｍｏ∝ ＝［Ｒａｏ（ｌ＋∝Ｔａ）−Ｒｍｏ（１＋∝Ｔａ）］／Ｒｍｏ∝ θ＝（Ｒａｏ−Ｒｍｏ）（１＋∝Ｔａ）／Ｒｍｏ∝ ｋ＝ΨＰ／θ ｋ＝ΨＶ² _R1Ｒａｏ（１＋∝Ｔａ）∝Ｒｍｏ Ｒ₁ ²（Ｒａｏ−Ｒｍｏ）（１＋∝Ｔａ） ｋ＝ΨＶ² _R1∝ＲａｏＲｍｏ／Ｒ₁ ²（Ｒａｏ−Ｒｍｏ）

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、導管中を流れる液化天然ガスの液体混合物の少なくとも１つの成分の
割合を決定するための装置を図式的に示している。

【図２】 図２は、図１の装置の制御手段にしたがう手順のフローチャートである。

【図３】 図３は、幾つかの混合物の実際のメタンの割合に対してプロットした、当該混
合物の決定されたメタン割合を示すグラフである。

【図４】 図４は、幾つかの混合物の実際のエタン／メタン比に対してプロットした、当
該混合物の決定されたエタン／メタン比を示すグラフである。

【図５】 図５は、ＬＮＧ混合物の少なくとも１つの成分の割合を決定するための装置に
おいて使用される、導管の切断した壁に位置づけられる熱伝導度センサーを図示
している。

【図６】 図６は、熱伝導度センサーを動作させるための電気回路を示している。

【図７】 図７は、センサーを制御するための動作シークエンスを示している。

【図８】 図８は、熱伝導度センサーの特性を示している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 プライス バリー レオナルド イギリス レスターシャー エルイー12 ８アールジェイ クオーン スウィンフィ ールド ロード ４ Ｆターム(参考） 2G040 AA03 AB09 BA04 BA23 CB02 DA02 DA12 EA02 EB02 GA05 GA07 HA06 ZA05 2G060 AA02 AB17 AB18 AE19 AF01 AF07 AF09 BA05 BB05 BC05 HC02 HC07 HE05 HE10 KA01

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液化天然ガスの液体混合物の少なくとも１つの成分の割合を
   決定する装置であって、 ２つの異なる温度にて該混合物の熱伝導度を測定する手段、及び 熱伝導度測定値から該混合物の少なくとも１つの成分の割合を推定する制御手
   段、 を含むことを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 混合物の温度を測定する手段、及び、熱伝導度の測定値及び
   温度測定値から、混合物の少なくとも１つの成分の割合を推定するように配列さ
   れた制御手段を含む、請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 混合物の絶対圧力を測定する手段、及び、熱伝導度の測定値
   、温度の測定値及び絶対圧力の測定値から、混合物の少なくとも１つの成分の割
   合を推定するように配列された制御手段を含む、請求項２に記載の装置。
4. 【請求項４】 制御手段が、以下の式を使用して混合物の少なくも１つの成
   分の割合を推定するように配置されている、請求項３に記載の装置。 Ｘ＝ｕＰ＋ｖＴ＋ｗＴ²＋ｘＴｈＣ（Ｓｔ）＋ｙＴｈＣ（Ｒ）＋ｚ （式中、 Ｘは、混合物の少なくとも１つの成分についての推定された割合であり、 Ｐは、混合物の絶対圧力であり、 Ｔは、混合物の温度であり、 ＴｈＣ（Ｓｔ）は、第一の温度における混合物の熱伝導度であり、 ＴｈＣ（Ｒ）は、第二の温度における混合物の熱伝導度であり、 ｕ、ｖ、ｗ、ｘ、ｙ及びｚは定数である。）
5. 【請求項５】 Ｘは、推定されるメタンのパーセントであり、 ＰはバールＡの単位で測定され、 Ｔは摂氏で測定され、 熱伝導度は、ワット／メートル×ケルビンで測定され、定数ｕ〜ｚは実質的に以
   下の値： ｕ＝−０．４４ ｖ＝−０．３９ ｗ＝０．００１７ ｘ＝４１ ｙ＝−４２及び ｚ＝−１８１ を有する、請求項４に記載の装置。
6. 【請求項６】 Ｘは、推定されるメタン／エタン比であり、 Ｐは、バールＡの単位で測定され、 Ｔは、摂氏で測定され、 熱伝導度は、ワット／メートル×ケルビンで測定され、定数ｕ〜ｚは実質的に以
   下の値： ｕ＝０．００５３ ｖ＝０．００５１ ｗ＝−０．００００２４ ｘ＝−０．６１ ｙ＝０．６６及び ｚ＝３．１４ を有する、請求項４に記載の装置。
7. 【請求項７】 ２つの異なる温度において、混合物の熱伝導度を測定する装
   置が、混合物の暴露されるように配置された抵抗器、適切な電流又は電圧を該抵
   抗器に適用することにより、該抵抗器を、実質的に予め決められた２つの異なる
   温度に加熱する手段、及び、該抵抗器を加熱する該予め決められた温度のそれぞ
   れにおける、該抵抗器の電気的特性から、該混合物の熱伝導度を決定する手段、
   を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
8. 【請求項８】 ＬＮＧ燃料エンジン用のエンジン管理システムであって、 ＬＮ燃料の少なくとも１つの成分の割合を測定するための請求項１〜７のいず
   れかに記載の装置、及び、 ＬＮＧ燃料の少なくとも１つの成分の決定された割合に応答して、１以上のエ
   ンジンパラメーターを修正する手段、 を含むことを特徴とするシステム。
9. 【請求項９】 添付図面を参照した明細書に実質的に記載される、液化天然
   ガスの液体混合物の少なくとも１つの成分の割合を決定するための装置。
10. 【請求項１０】 液化天然ガスの液体混合物の少なくとも１つの成分の割合
    を決定する方法であって、 第一の温度において該混合物の熱伝導度を測定する工程、 第二の温度において該混合物の熱伝導度を測定する工程、及び、 熱伝導度測定値から、該混合物の少なくとも１つの成分の割合を推定する工程
    、 を含むことを特徴とする方法。
11. 【請求項１１】 混合物の温度を測定する工程、及び、熱伝導度測定値及び
    温度測定値から、混合物の少なくとも１つの成分の割合を推定する工程、を含む
    、請求項１０に記載の方法。
12. 【請求項１２】 混合物の絶対圧力を測定する工程、及び、熱伝導度測定値
    、温度測定値及び絶対圧力測定値から、混合物の少なくとも１つの成分の割合を
    推定する工程、を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 【請求項１３】 混合物の少なくとも１つの成分の割合を、以下の式を用い
    て推定する、請求項１２に記載の方法。 Ｘ＝ｕＰ＋ｖＴ＋ｗＴ²＋ｘＴｈＣ（Ｓｔ）＋ｙＴｈＣ（Ｒ）＋ｚ （式中、 Ｘは、混合物の少なくとも１つの成分についての推定される割合であり、 Ｐは、混合物の絶対圧力であり、 Ｔは、混合物の温度であり、 ＴｈＣ（Ｓｔ）は、第一の温度における混合物の熱伝導度であり、 ＴｈＣ（Ｒ）は、第二の温度における混合物の熱伝導度であり、 ｕ、ｖ、ｗ、ｘ、ｙ及びｚは定数である。）
14. 【請求項１４】 Ｘは、推定されるメタンのパーセントであり、 ＰはバールＡの単位で測定され、 Ｔは摂氏で測定され、 熱伝導度は、ワット／メートル×ケルビンで測定され、定数ｕ〜ｚは実質的に以
    下の値： ｕ＝−０．４４ ｖ＝−０．３９ ｗ＝０．００１７ ｘ＝４１ ｙ＝−４２及び ｚ＝−１８１ を有する、請求項１３に記載の方法。
15. 【請求項１５】 Ｘは、推定されるメタン／エタン比であり、 Ｐは、バールＡの単位で測定され、 Ｔは、摂氏で測定され、 熱伝導度は、ワット／メートル×ケルビンで測定され、定数ｕ〜ｚは実質的に以
    下の値： ｕ＝０．００５３ ｖ＝０．００５１ ｗ＝−０．００００２４ ｘ＝−０．６１ ｙ＝０．６６及び ｚ＝３．１４ である、請求項１３に記載の方法。
16. 【請求項１６】 添付図面を参照した明細書に実質的に記載される、液化天
    然ガスの液体混合物の少なくとも１つの成分の割合を決定する方法。