JP2003156376A - ガスｗｉ計測装置およびガス燃焼流量計測装置ならびにそれらに用いられるガス密度計測器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が極めて簡易で、ガスの一部を無駄にす
ることなく、かつＷＩの値やガス燃焼流量の値などの高
精度な計測が可能であるガスＷＩ計測装置およびガス燃
焼流量計測装置ならびにそれらに用いられるガス密度計
測器を提供する。 【解決手段】 導通路１に面してガスの換気を行うよう
に所定の大きさの開口が設けられた隔壁１１を備えた凹
状の副室２の内部の、換気によるガスの流れが計測に対
して実質的な影響を与えない位置に密度センサ３が設け
られている。この密度センサ３が、換気によるガスの流
れの実質的な影響を受けることなく、導通路１を流れる
ガスの密度を計測する。ＷＩ演算部４は、その密度の値
に基づいて、そのとき導通路１を流れているガスのＷＩ
の値を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスＷＩ計測装置お
よびガス燃焼流量計測装置ならびにそれらに用いられる
ガス密度計測器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のガス燃焼管理用のＷＩ計測装置
や、ガス燃焼流量計測装置では、例えば図９に示したよ
うに、下流側の燃焼機器（図示省略）などで燃焼して消
費されるガスの燃焼温度を測定し、その燃焼温度に基づ
いて、そのとき消費されている熱量（Ｈ）を計測する熱
量計９１と、そのときの燃焼のために投入されているガ
スの比重（Ｇ）を計測する比重計９２とを備えており、
それらの計測器によって計測された熱量の値（Ｈ）とガ
スの比重の値（Ｇ）とに基づいて、そのとき燃焼されて
いるガスのＷＩ（ウォッベ指数）を演算部９３によって
演算して得ることが一般的に行われている。

【０００３】そのような熱量計９１としては、例えば、
室内温度を一定に保つように設定されている熱量測定室
（図示省略）を設けておき、主導管から分岐する支管
（図示省略）によって計測対象であるガスの一部分を熱
量測定室へと導き、主導管の下流側に設けられたガス燃
焼機器とは別に熱量測定用にガスを燃焼させるなどし
て、そのとき発せられる熱量を熱量センサあるいは温度
センサ（図示省略）で計測するように設定されているも
のなどが一般に知られている。あるいは、ガス燃焼機器
のバーナー（図示省略）の近傍に設けられて、そのバー
ナーで燃焼されるガスから発せられる熱量を計測するよ
うに設定されているものなどが一般に知られている。

【０００４】また、比重計９２としては、計測対象のガ
スの流れによって羽車が受けるトルクと標準となるガス
の流れによって別の羽車が受けるトルクとの差に基づい
て、計測対象のガスの比重を計測するというラウター比
重計や、振動管に計測対象のガスを収容し、その振動管
を例えば電磁的に所定の振動数で振動させ、そのときガ
スを含めて振動管の全体での振動を振動センサで検知す
るなとじて、その検知された振動数または振動周期の値
に基づいて計測対象のガスの比重を計測するというアガ
ー密度計などが一般に知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
上記のような概要構成のＷＩ計測装置やガス燃焼流量計
測装置では、図９のようなブロック図でシンボライズし
て表記すると簡潔な構成のようにも見えるが、実際に
は、それぞれ構造やその動作が極めて繁雑な熱量計と比
重計という２種類の計測器が必要であり、従って全体的
な構成も極めて煩雑なものとなるという問題がある。ま
た、そのように構成や構造が煩雑なものであることに起
因して、装置全体が高コストなものとなるという問題
や、メンテナンスが極めて煩雑なものとなるという問題
がある。

【０００６】すなわち、上記のような熱量計９１では、
熱量測定専用の熱量測定室や熱量測定用のガス燃焼装置
（図示省略）、ならびにガスの一部を主導管から分岐さ
せて導くための支管などを主導管とは別に設けることな
どが必要であり、また熱量測定室の温度を一定に保つこ
とは実際上困難な点が多いことなど、解決困難な種々の
問題がある。

【０００７】また、そのような熱量計９１に必要な熱量
測定室や熱量測定用のガス燃焼装置などを付設すること
で、ＷＩ計測装置やガス燃焼流量計測装置の全体が大型
化する傾向にあり、装置の小型化や低コスト化や操作お
よびメンテナンスの簡易化に対する著しい妨げとなる。

【０００８】また、上記のラウター比重計では、純機械
的な計測機器であるために、可動部分が多く、ガスや外
気等が含んでいるべたつきや汚れなどに対して弱く、面
倒な保守点検が頻繁に必要となり、その取扱いや維持
（メンテナンス）が極めて煩雑なものとなるという問題
がある。

【０００９】また、アガー密度計では、理論的には高精
度な計測が可能とされるが、実際には、正確な振動値に
基づいた密度計測値の十分な精度を得ることが困難であ
ることや、そのための計測値の補正または校正あるいは
微調節を行うための補器や周辺機器等を付設しなければ
ならず、その全体的な構成や性能の調節などが煩雑なも
のとなるという問題や、振動管の外壁に付着する湿気や
塵埃などの悪影響や、温度変化による悪影響を受けやす
い傾向にあり、精度が低下しやすい。

【００１０】また、計測対象のガスを主導管から分岐さ
せて熱量測定室へと導いて、熱量測定用にガスを燃焼さ
せることで熱量を計測しているので、測定時刻が実際の
主導管の下流での燃焼タイミングと遅延したり逆に早く
なるなどして、計測の時間的精度が低くなる場合がある
という問題や、熱量測定用に燃焼させるガスが無駄にな
ってしまう。

【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、構造が極めて簡易で、ガスの一部を
無駄にすることなく、かつＷＩの値やガス燃焼流量の値
などの高精度な計測が可能である、ガスＷＩ計測装置お
よびガス燃焼流量計測装置ならびにそれらに用いられる
ガス密度計測器を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によるガスＷＩ計
測装置は、ガスを導通させる導通路と、前記導通路の内
壁面から凹状に奥まった空間を形成する形状で、前記導
通路に面した位置に前記導通路を通るガスの一部を前記
凹状の空間に対して流入させることで、その空間内に存
在していたガスを押し出して流出させて、前記凹状の空
間内のガスの換気を行うように所定の大きさの開口が設
けられた隔壁を備えた副室と、前記副室の内部に設けら
れて、前記ガスの密度を計測する密度センサと、前記密
度センサによって計測された前記ガスの密度に基づい
て、前記導通路を流れるガスのＷＩ（ウォッベ指数）を
演算するＷＩ演算手段とを備えている。

【００１３】本発明によるガスＷＩ計測装置では、導通
路に面してガスの換気を行うように所定の大きさの開口
が設けられた隔壁を備えた凹状の副室の内部に密度セン
サが設けられており、この密度センサによって、導通路
を流れるガスの密度を計測し、その密度の値に基づい
て、導通路を流れるガスのＷＩ（ウォッベ指数）をＷＩ
演算手段が演算する。

【００１４】ここで、さらに詳細には、前記ＷＩ演算手
段が、ａ，ｂ，ｋをそれぞれ独立した定数とし、ρを計
測された前記ガスの密度の値として、ＷＩ＝（ａρ＋
ｂ）／（ρ／ｋ）^1/2 なる計算式で表される演算によっ
て、前記導通路を流れるガスのＷＩ（ウォッベ指数）を
演算することが可能である。

【００１５】なお、前記副室が、凹状に所定の奥行きに
亘って奥まった、底面を有する略円筒状のもので、前記
副室の内部の前記換気によるガスの流れが計測に対して
実質的な影響を与えない位置に前記密度センサが設けら
れているようにしてもよい。このようにすることによ
り、副室の内部のガスを効果的に換気して導通路を流れ
るガスを常に副室の中に流入させて、その導通路を流れ
ているガスの密度を密度センサによって常にリアルタイ
ムに計測することが可能となる。

【００１６】また、前記密度センサが、所定の熱を発す
る発熱源と、その発熱源から所定の距離を隔てた位置に
配置された温度センサとを備えたものであり、前記温度
センサで測定された温度に基づいて前記ガスの密度を計
測するようにしてもよい。このような発熱源と温度セン
サとを１組にして用いる概要構成のセンサとしては、例
えば熱式流量センサがあるが、そのような既存のセンサ
を流用することなども可能である。

【００１７】また、前記発熱源が、前記副室の円筒にお
ける略中心部に設けられており、前記温度センサが、前
記発熱源から所定の距離を隔てた１か所の位置に１個の
み設けられているようにしてもよい。このようにするこ
とにより、上記の密度センサの概要構成を極めて簡易な
（最低限に必要な）ものとすることが可能となる。

【００１８】また、前記発熱源が、前記副室の円筒にお
ける略中心部に設けられており、前記温度センサが、異
った位置に複数個設けられており、その複数個の温度セ
ンサによって測定された温度の値に基づいて、前記副室
の内部で測定されるガスの温度のばらつきを補正するよ
うにしてもよい。このようにすることにより、たとえ副
室へのガスの換気に際して流入または流出するガスの流
れが密度センサによる密度の計測に対して無視できない
程の誤差または不確からしさの要因となる温度のばらつ
きを与える場合でも、そのガスの流れに起因した誤差や
不確からしさを複数個の温度センサによって測定された
温度の値に基づいて補正することが可能となる。

【００１９】ガス燃焼流量計測装置は、ガスを導通させ
る導通路と、前記導通路の内壁面から凹状に奥まった空
間を形成する形状で、前記導通路に面した位置に前記導
通路を通るガスの一部を前記凹状の空間に対して流入さ
せることで、その空間内に存在していたガスを押し出し
て流出させて、前記凹状の空間内のガスの換気を行うよ
うに、所定の大きさの開口が設けられた隔壁を備えた副
室と、前記副室の内部に設けられて、前記ガスの密度を
計測する密度センサと、前記密度センサによって計測さ
れた前記ガスの密度に基づいて、前記導通路を流れるガ
スのＷＩ（ウォッベ指数）を演算するＷＩ演算手段と、
前記導通路を流れるガスの流量を計測するガス流量計測
手段と、前記ガス流量計測手段によって計測されたガス
の流量値と、前記ＷＩ演算手段によって演算されたＷＩ
とに基づいて、前記ガスの燃焼流量を演算するガス燃焼
流量演算手段とを備えている。

【００２０】本発明によるガス燃焼流量計測装置では、
導通路に面してガスの換気を行うように所定の大きさの
開口が設けられた隔壁を備えた凹状の副室の内部に密度
センサが設けられており、この密度センサによって、導
通路を流れるガスの密度を計測し、その密度の値に基づ
いて、導通路を流れるガスのＷＩ（ウォッベ指数）をＷ
Ｉ演算手段が演算する。また他方、ガス流量計測手段
が、前記導通路を流れるガスの流量を計測する。

【００２１】ここで、前記ＷＩ演算手段が、ａ，ｂ，ｋ
をそれぞれ独立した定数とし、ρを前記ガスの密度の値
として、ＷＩ＝（ａρ＋ｂ）／（ρ／ｋ）^1/2 なる計算
式で表される演算によって、前記導通路を流れるガスの
ＷＩ（ウォッベ指数）を演算することが可能である。

【００２２】なお、前記副室が、凹状に所定の奥行きに
亘って奥まった底面を有する略円筒状のもので、前記副
室の内部の前記換気によるガスの流れが計測に対して実
質的な影響を与えない位置に前記密度センサが設けられ
ているようにしてもよい。

【００２３】また、前記ＷＩ演算手段が、さらに、前記
ガス流量計測手段によって計測されたガスの流量値に基
づいて、前記ガスの密度の値または前記ＷＩ（ウォッベ
指数）を補正するようにしてもよい。このようにするこ
とにより、副室へのガスの換気に際して流入または流出
するガスの流れが密度センサによる密度の計測に対して
無視できない程の誤差または不確からしさを生じさせる
要因となる場合でも、そのガスの流れに対応した校正ま
たは補正を、ガス流量計測手段によって計測されたガス
の流量値に基づいて実行することが可能となる。

【００２４】本発明によるガス密度計測器は、ガスを導
通させる導通路と、前記導通路の内壁面から凹状に奥ま
った空間を形成する形状で、前記導通路に面した位置に
前記導通路を通るガスの一部を前記凹状の空間に対して
流入させることで、その空間内に存在していたガスを押
し出して流出させて、前記凹状の空間内のガスの換気を
行うように所定の大きさの開口が設けられた隔壁を備え
た副室と、前記副室の内部の前記換気によるガスの流れ
が計測に対して実質的な影響を与えない位置に設けられ
て、前記ガスの密度を計測する密度センサとを備えてい
る。

【００２５】本発明によるガス密度計測器では、導通路
に面してガスの換気を行うように所定の大きさの開口が
設けられた隔壁を備えた凹状の副室の内部の、換気によ
るガスの流れが計測に対して実質的な影響を与えない位
置に密度センサが設けられており、この密度センサが、
換気によるガスの流れの実質的な影響を受けることな
く、導通路を流れるガスの密度を計測する。

【００２６】ここで、さらに詳細には、前記副室が、凹
状に所定の奥行きに亘って奥まった、底面を有する略円
筒状のもので、前記副室の内部の前記換気によるガスの
流れが計測に対して実質的な悪影響を与えることのない
位置に前記密度センサを設けるようにしてもよい。その
ような位置関係としては、例えば、前記発熱源が、前記
副室の円筒の略中心部に設けられており、前記温度セン
サが、前記副室の円筒の壁面に設けられているようにす
ることなどが可能である。

【００２７】また、前記密度センサが、所定の熱を発す
る発熱源と、その発熱源から所定の位置を隔てて配置さ
れた温度センサとを備えているようにしてもよい。この
ような発熱源と温度センサとを１組にして用いる概要構
成のセンサとしては、例えば熱式流量センサがあるが、
そのような既存のセンサを流用することなども可能であ
る。

【００２８】また、前記発熱源が、前記副室の円筒にお
ける略中心部に設けられており、前記温度センサが、前
記発熱源から所定の距離を隔てた１か所の位置に１個の
み設けられているようにしてもよい。このようにするこ
とにより、上記の密度センサの概要構成を極めて簡易か
つ十分なものとすることが可能となる。

【００２９】また、前記発熱源が、前記副室の円筒にお
ける略中心部に設けられており、前記温度センサが、異
った位置に複数個設けられており、その複数個の温度セ
ンサによって測定された温度の値に基づいて、前記副室
の内部で測定されるガスの温度のばらつきを補正するよ
うにしてもよい。このようにすることにより、たとえ副
室へのガスの換気に際して流入または流出するガスの流
れが密度センサによる密度の計測に対して無視できない
程の誤差または不確からしさの要因となる温度のばらつ
きを与える場合でも、そのガスの流れに起因した誤差や
不確からしさを複数個の温度センサによって測定された
温度の値に基づいて補正することが可能となる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００３１】図１は、本発明の一実施の形態に係るガス
燃焼流量計測装置の概要構成を表したものである。ここ
で、本発明の実施の形態に係るガスＷＩ計測装置および
ガス密度計測器については、実質的に、このガス燃焼流
量計測装置に内蔵されて用いられるものであるから、以
下それらも併せて説明する。なお、図示および説明の繁
雑化を避けるために、ガスの流量を計測する流量センサ
など、流量計測器として一般的な機能を果たす部分につ
いては、その構成や動作の詳細な説明は省略してある。

【００３２】このガス燃焼流量計測装置は、ガスを導通
させる導通路１に面して開口１２が設けられている副室
２と、その副室２の内部に設けられた密度センサ３と、
その密度センサ３からの出力に基づいてＷＩ（ウォッベ
指数）を演算するＷＩ演算部４と、導通路１を流れるガ
スの流量を計測するガス流量センサ５およびガス流量演
算部６（ガス流量計測手段）と、ガス燃焼流量演算部７
と、表示部８と、信号出力部９と、通信出力部１０と
を、その主要部として備えている。

【００３３】ガス流量センサ５は、導通路１を流れるガ
スの流量値または流速値に対応した信号または電圧レベ
ル等を出力するセンサで、これは例えば熱線式流量セン
サや超音波発受信式流量センサ（いずれも図示省略）の
ようないわゆる推量式流量センサや吹子の機械的なスト
ロークに連動して流量を測定する膜式流量計など一般的
なものを適用することが可能である。

【００３４】ガス流量演算部６は、ガス流量センサ５か
らの出力に基づいて、導通路１を流れるガスの流量の値
を演算して得るものである。ここで、ガス流量センサ５
が実質的にガスの流速に対応した信号や電圧レベルを出
力し、それに基づいてガス流量演算部６がガスの流速の
値（Ｖ）を算出し、さらにその流速の値（Ｖ）に導通路
１の断面積または流量係数（ｋ）を乗じる演算を行うこ
とで、そのときのガスの流量（Ｑ）を算出することなど
も可能であることは言うまでもない（Ｑ＝ｋＶ）。よっ
て、そのようにガスの流速Ｖをガス流量センサ５で検知
し、その流速Ｖからさらに流量Ｑを求めるという手法
は、上記のガス流量センサ５およびガス流量演算部６と
実質的に同様のものであると言えるので、ここでは（本
明細書では）それらを総称してガス流量計測手段とも呼
ぶことにする。

【００３５】副室２は、図２に示したように、導通路１
の内壁面１３から凹状に奥まった空間を形成しているも
ので、その導通路１の内壁面１３とほぼ同一面内に（換
言すれば導通路１に面して）は所定の大きさの開口１２
が設けられた隔壁１１を備えている。

【００３６】この副室２では、ガスの主流路である導通
路１を通るガスの一部分が、隔壁１１の開口１２から副
室２の内部の凹状の空間へと流入し、その空間内に存在
していたガスを押し出して流出させることで、その副室
２の内部空間内のガスの換気が行われる。しかもこのと
き、副室２が、凹状に所定の奥行きに亘って奥まった、
底面２１を有するほぼ円筒状のもので、その副室２の内
部の換気によるガスの流れがガスの密度の測定に対して
実質的な影響を与えない位置に、後述するような密度セ
ンサ３が設けられていると共に、開口１２の大きさにつ
いても、密度センサ３によるガスの密度の測定に対して
実質的な影響を与えない程度の遅い穏やかなガスの流れ
が出入りする（流入および流出）ような大きさに設定さ
れている。

【００３７】従って、その温度センサ３２を通って導通
路１との間で出入りするガスの流れが密度センサ３によ
るガスの密度の測定に対して誤差や不確からしさあるい
は測定のばらつき等を引き起こすことがないようになっ
ている。しかも、従来の熱量計のような密度計測専用の
支管等を導通路から分岐して設けるといった繁雑な配管
の付加などが不要で、構造も極めて簡易であり、またそ
れ故に、密度センサ３によるガスの密度の測定の時間的
なずれ等についても、ほとんど生じないものとなってい
る。

【００３８】このような機能を必要十分に果たすことが
できる円筒状の副室２の内径や奥行きや隔壁１１の開口
１２の直径などの寸法については、計測対象であるガス
の種類や、その粘性や流れのレイノルズ数などに対応し
て適宜に設定することが望ましいことは言うまでもない
が、いずれにしても、底面２１を有する円筒状の副室２
と、その副室２が導通路１に面している位置に、例えば
円形の孔状の開口１２を備えた隔壁１１とを設け、その
副室２の凹状の空間内でガスの流れが密度センサ３によ
るガスの密度の測定に対して実質的な影響を与えない位
置に密度センサ３を配置することで、導通路１を流れる
ガスの密度を、ほぼリアルタイムで正確に、密度センサ
３によって計測することができる。

【００３９】因みに、本発明者らは種々の形状や構造の
副室２について実験を行った結果、隔壁１１を全く設け
ない場合には、副室２の内部に出入りするガスの流れの
速さやその向きあるいはそれによって二次的に引き起こ
される乱流等に起因して、密度センサ３によるガスの密
度の計測結果に無視できないほどの誤差やばらつきが生
じることを確認した。しかし、上記のような構造の副室
２および隔壁１１を採用した場合には、そのような密度
の計測値の誤差やばらつきは生じないことを確認した。
例えば、一般的な都市ガス用のガス燃焼器具に都市ガス
を消費させる場合では、副室２の直径を１０［ｍｍ］、
奥行きを５［ｍｍ］、隔壁１１の開口１２の直径を２〜
５［ｍｍ］に設定することにより、上記のような機能を
必要十分に果たすことができることを、本発明者らは種
々の実験によって確認している。

【００４０】このような副室２および隔壁１１の作用に
ついては、確定的なことは未だ確認していないが、図６
の側面断面図に模式的に示したように、導通路１を流れ
るガスの、導通路１の内壁面１３付近の境界層よりも若
干外側の遅い流れの一部が、隔壁１１の開口１２におけ
るガスの吸い出し現象を生じさせ、それによって微少な
ガスの遅い流れが開口１２から副室２の内部へと流入す
ると、その流入によって副室２に存在していたガスが押
し出されて流出して行くと共に、副室２のさらに奥の部
分のガスも引きずられて流出することによって、密度セ
ンサ３による測定に対しては実質的な悪影響を与えるこ
となく、副室２の内部のガスが換気されるものと考えら
れる。

【００４１】密度センサ３は、副室２の内部に設けられ
て、導通路１から副室２へと流入して来たガスの密度を
計測するものである。この密度センサ３は、さらに詳細
には、例えば図３に一例を示したように、所定の熱を発
する発熱源３１と、その発熱源３１から所定の距離を隔
てた位置に配置された温度センサ３２とを備えており、
温度センサ３２で測定された温度に基づいて、ガスの密
度を計測するものである。

【００４２】このような密度センサ３のハードウェアと
しては、例えば一般的な熱式流量センサを流用すること
が可能である。但し、それを使用する（機能させる）手
法としては、一般的な熱式流量センサの動作とは異なっ
ている。すなわち、発熱源３１から所定の能率で発せら
れる熱は、その周囲に拡散されて行き、図４に一例を模
式的に示したような発熱源３１（図４ではＲと表記）を
中心としたほぼ線対称または点対称の温度分布を形成す
るが、このときの温度分布の様相はガスの密度に対応し
て変化する。そこで、そのようなガスの密度に対応して
定まる温度分布の様相を示すパラメータとして、所定位
置に配置された温度センサ３２（図４ではＳ1 ，Ｓ2 と
表記）でその位置の温度を測定し、その測定された温度
に基づいて、ガスの密度（ρ）を計測することができ
る。

【００４３】このように、本実施の形態の密度センサ３
では、所定位置に配置された温度センサ３２でその位置
の温度の値を測定し、その温度の値に対応した密度の値
を求めるという動作を行う。これは、異なった地点で測
定される温度の差に基づいて流速または流量を計測する
という一般的な熱式流量センサの場合の動作とは根本的
に異なっているものである。但し、一般的な熱式流量セ
ンサが備えている発熱源３１および温度センサ３２を、
本実施の形態の密度センサ３のハードウェアとして流用
することは可能である。そして、図３に一例を示したよ
うな一般的な熱式流量センサの場合には、一つの発熱源
３１に対して、例えば縦横にそれぞれ２個で１組ずつ合
計４個の温度センサ３２が設けられていることが多いの
で、それらに各々独立して温度を測定させ、その複数の
計測値に基づいて、そのときの温度の計測結果の誤差や
ばらつきなどを補正あるいは校正することなども可能で
ある。

【００４４】あるいは、本実施の形態の密度センサ３と
しては、最低限、１個の発熱源３１と、それに対して所
定の距離を隔てて配置された１個の温度センサ３２とが
あればよい。従って、密度センサ３の構成を最も簡易な
ものとするためには、例えば図５に示したように、１個
の発熱源３１と１個の温度センサ３２のみとを組み合わ
せて用いるようにしてもよい。

【００４５】なお、副室２の凹状の空間の形状が底面２
１を有する円筒状であり、複数個の温度センサ３２がそ
の副室２の内部に用いられる場合には、その副室２の内
部の空間の円筒のほぼ中心線上に発熱源３１を配置する
と共に、その発熱源３１から放射状に所定距離を隔てた
位置に、複数個の温度センサ３２を配設することなどが
可能である。あるいは、図７に一例を示したように、発
熱源３１を副室２の底面のほぼ中心部に設けると共に、
温度センサ３２を副室２の底面２１近くの円筒壁面２２
に設けるようにしてもよい。このようにすることによ
り、複数個の温度センサ３２が発熱源３１に対して等距
離に位置することになり、その複数の温度センサ３２に
よる計測値に基づいて、そのときの温度の計測結果の誤
差やばらつきなどを、さらに精確に補正あるいは校正す
ることができる。

【００４６】ＷＩ演算部４は、密度センサ３によって計
測されたガスの密度に基づいて、導通路１を流れるガス
のＷＩ（ウォッベ指数）を演算するものである。さらに
詳細には、このＷＩ演算部４では、密度センサ３によっ
て計測されたガスの密度の値（ρ）を用いて、ａ，ｂ，
ｋをそれぞれ独立した定数として、ＷＩ＝（ａρ＋ｂ）
／（ρ／ｋ）^1/2 なる計算式で表される演算によって、
導通路１を流れるガスのＷＩを演算する。

【００４７】このＷＩ演算部４で、密度センサ３によっ
て計測されたガスの密度の値（ρ）を用いることで、従
来のような熱量の値（Ｈ）や比重の値（Ｇ；空気のＧ＝
１と定義）を用いなくとも上記の式に基づいてＷＩの値
を得ることができるのは、熱量の値（Ｈ［ｋｃａｌ／Ｎ
ｍ³ ］）と密度の値（ρ）との関係が、Ｈ＝ａρ＋ｂで
あり、比重の値（Ｇ）と密度の値（ρ）との関係が、Ｇ
＝（ρ／ｋ）^1/2 であり、ＨおよびＧとＷＩとの関係
が、ＷＩ＝Ｈ／Ｇ^1/2 であることから、ＷＩはＨやＧの
値を用いなくとも、密度の値（ρ）のみを用いて、ＷＩ
＝（ａρ＋ｂ）／（ρ／ｋ）^1/2 で算出することができ
るからである。実際に、このようなガスのＷＩの値と密
度の値との間の相関関係について、本発明者らは種々に
異なったガスの密度に対する燃焼熱量（［ｋｃａｌ］で
計測）の実験によって、図８（Ａ），（Ｂ）のグラフに
示したような明確で強い線形的相関関係があることを確
認した。

【００４８】但し、このようにガスの密度の値（ρ）を
用いてそのときのＷＩの値をリアルタイムで正確に算出
するためには、その演算に用いられるガスの密度の測定
値（ρ）がリアルタイムで正確に得られていなければな
らないが、すでに説明したように、本実施の形態の副室
２およびその内部に設けられた密度センサ３によれば、
そのようなガスの密度の測定値（ρ）をリアルタイムで
正確に計測することができる。従って、ＷＩ演算部４に
よって算出されるＷＩの値は、導通路１を流れるガスの
測定タイミングの時間的なずれなどが極めて少ない、リ
アルタイムで正確な計測値となる。

【００４９】ガス燃焼流量演算部７は、ガス流量演算部
６によって算出されたガス流量の値と、ＷＩ演算部４に
よって算出されたＷＩの値（あるいはＨ＝ａρ＋ｂで求
められる初熱量Ｈの値）とに基づいて、導通路１を流れ
て行きその下流で燃焼して消費されるガスの燃焼流量
（単位は例えば［ｋｃａｌ／ｈ］など）の値を演算する
ものである。

【００５０】表示部８は、例えば液晶表示装置のような
表示デバイス（図示省略）を用いて、ガス流量演算部６
によって算出されたガス流量の値や、ＷＩ演算部４によ
って算出されたＷＩの値やガス燃焼流量演算部７によっ
て算出されたガス燃焼流量の値を、例えば１０桁の８セ
グメント数字表記で表示するものである。あるいはマト
リックス表示方式の表示デバイス等を用いて表示を行う
ようにすることなども可能である。

【００５１】信号出力部９は、上記のようにして得られ
たガス流量の値やＷＩの値やガス燃焼流量の値のデータ
を、例えば外部の磁気記憶装置や各種のデータ記憶媒体
等（いずれも図示省略）にデータとして出力するもので
ある。

【００５２】通信出力部１０は、上記のようにして得ら
れたガス流量の値やＷＩの値やガス燃焼流量の値のデー
タを、例えば電話回線やインターネット通信網などを介
して外部の情報処理装置や通信装置等（いずれも図示省
略）にデータとして送信するものである。

【００５３】ここで、上記のＷＩ演算部４、ガス流量演
算部６、ガス燃焼流量演算部７、表示部８、信号出力部
９、通信出力部１０は、いずれも例えばパーソナルコン
ピュータのような汎用コンピュータを用いて（例えばソ
フトウェア的に）構築可能である。あるいは専用の配線
回路基板などに専用の回路部品を実装するなどしてディ
スクリートに構築するようにしてもよいことは言うまで
もない。

【００５４】このように、本実施の形態に係るガス燃焼
流量計測装置（またはそれに実施の形態質的に用いられ
るガスＷＩ計測装置またはガス密度計測器）によれば、
従来の構造やメンテナンス等が煩雑で手間やコストが掛
かる熱量計や比重計などを用いることなく、計測用機器
またはセンサとしては実質的に構造が極めて簡易な密度
センサ３のみを用いて、ガスの一部を無駄にすることな
く、また計測に時間的なずれ（例えば計測装置全体を制
御系と見做してその系における応答遅れのような）など
を生じることなく、ＷＩの値やガス燃焼流量の値を高精
度に計測することができる。

【００５５】なお、上記の実施の形態では、密度センサ
３として、発熱源３１と温度センサ３２とを組み合わせ
たものや、実質的に一般的な熱式流量センサのハードウ
ェアを流用する場合について説明したが、密度センサ３
のハードウェアの種類や概要構成としては、そのような
もののみには限定されないことは言うまでもない。その
他にも、導通路１から副室２内に流入されるガスの密度
を正確に測定することが可能なセンサであれば、どのよ
うな種類や概要構成のものを用いてもよい。

【００５６】また、例えばガスの流量が大きく（ガスの
流速が速く）なると、隔壁１１および開口の作用だけで
は副室２に流入するガスの勢いが強く（速く）なるなど
して、それが密度センサ３に対して影響を及ぼして、密
度センサ３による密度の測定値に無視できないような誤
差あるいは不確からしさが生じる虞れがある場合には、
ガス流量演算部６によって算出されたガス流量の値に基
づいて、密度センサ３による密度の測定値をさらに精確
に補正または校正するようにしてもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし６
のいずれかに記載のガスＷＩ計測装置または請求項７な
いし１０のいずれかに記載のガス燃焼流量計測装置によ
れば、導通路に面してガスの換気を行うように所定の大
きさの開口が設けられた隔壁を備えた凹状の副室の内部
に密度センサが設けられており、この密度センサによっ
て、導通路を流れるガスの密度を計測し、その密度の値
に基づいて、導通路を流れるガスのＷＩ（ウォッベ指
数）をＷＩ演算手段が演算するようにしたので、従来の
構造やメンテナンス等が煩雑で手間やコストが掛かる熱
量計や比重計などを用いることなく、計測用機器または
センサとしては実質的に構造が極めて簡易な密度センサ
のみを用いて、ガスの一部を無駄にすることなく、また
計測の時間的なずれ等を生じることなく、ＷＩの値やガ
ス燃焼流量の値を高精度に計測することができるという
効果を奏する。

【００５８】また、請求項１１ないし１６のいずれかに
記載のガス密度計測器によれば、導通路に面してガスの
換気を行うように所定の大きさの開口が設けられた隔壁
を備えた凹状の副室の内部の、換気によるガスの流れが
計測に対して実質的な影響を与えない位置に密度センサ
が設けられており、この密度センサが、換気によるガス
の流れの実質的な影響を受けることなく、導通路を流れ
るガスの密度を計測するようにしたので、従来の構造や
メンテナンス等が煩雑で手間やコストが掛かる熱量計や
比重計などを用いることなく、計測用機器またはセンサ
としては実質的に構造が極めて簡易な密度センサのみを
用いて、ガスの一部を無駄にすることなく、また計測の
時間的なずれ等を生じることなく、ＷＩの値やガス燃焼
流量の値を高精度に計測するためのガスの密度の値を測
定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るガス燃焼流量計測
装置の概要構成を表した図である。

【図２】副室および隔壁の構造を表した図である。

【図３】密度センサの概要構成の一例を表した図であ
る。

【図４】密度センサにおける発熱源を中心として形成さ
れる温度分布の一例を表した図である。

【図５】１個の発熱源と１個の温度センサのみとを組み
合わせて用いた密度センサの一例を表した図である。

【図６】副室および隔壁の作用を模式的に表した図であ
る。

【図７】発熱源を副室の底面のほぼ中心部に設けると共
に、温度センサを副室の底面近くの円筒壁面上に設けた
場合の密度センサおよび副室の概要構成を表した図であ
る。

【図８】ガスのＷＩの値と密度の値との間に明確で強い
線形的相関関係があることを確認するために本発明者ら
が行った実験結果を表した図である。

【図９】従来のガス燃焼管理用のＷＩ計測装置またはガ
ス燃焼流量計測装置の概要構成の一例を表した図であ
る。

【符号の説明】

１…導通路、２…副室、３…密度センサ、４…ＷＩ演算
部、５…ガス流量センサ、６…ガス流量演算部、７…ガ
ス燃焼流量演算部、８…表示部、９…信号出力部、１０
…通信出力部、２１…底面、２２…円筒壁面、３１…発
熱源、３２…温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 25/28 Ｇ０１Ｎ 25/28 Ｆターム(参考） 2F030 CA03 CC11 CE04 2F031 AF05 AF10 2F035 DA03 EA00 2G040 AB15 BA23 CA01 CB02 CB09 DA01

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスを導通させる導通路と、 前記導通路の内壁面から凹状に奥まった空間を形成する
   形状で、前記導通路に面した位置に前記導通路を通るガ
   スの一部を前記凹状の空間に対して流入させることで、
   その空間内に存在していたガスを押し出して流出させ
   て、前記凹状の空間内のガスの換気を行うように所定の
   大きさの開口が設けられた隔壁を備えた副室と、 前記副室の内部に設けられて、前記ガスの密度を計測す
   る密度センサと、 前記密度センサによって計測された前記ガスの密度に基
   づいて、前記導通路を流れるガスのＷＩ（ウォッベ指
   数）を演算するＷＩ演算手段とを備えたことを特徴とす
   るガスＷＩ計測装置。
2. 【請求項２】 前記ＷＩ演算手段が、ａ，ｂ，ｋをそれ
   ぞれ独立した定数とし、ρを計測された前記ガスの密度
   の値として、ＷＩ＝（ａρ＋ｂ）／（ρ／ｋ）^1/2 なる
   計算式で表される演算によって、前記導通路を流れるガ
   スのＷＩ（ウォッベ指数）を演算することを特徴とする
   請求項１記載のガスＷＩ計測装置。
3. 【請求項３】 前記副室が、凹状に所定の奥行きに亘っ
   て奥まった、底面を有する略円筒状のもので、 前記副室の内部の前記換気によるガスの流れが計測に対
   して実質的な影響を与えない位置に前記密度センサが設
   けられていることを特徴とする請求項１記載のガスＷＩ
   計測装置。
4. 【請求項４】 前記密度センサが、所定の熱を発する発
   熱源と、その発熱源から所定の距離を隔てた位置に配置
   された温度センサとを備えたものであり、 前記温度センサで測定された温度に基づいて、前記ガス
   の密度を計測することを特徴とする請求項１記載のガス
   ＷＩ計測装置。
5. 【請求項５】 前記発熱源が、前記副室の円筒における
   略中心部に設けられており、 前記温度センサが、前記発熱源から所定の距離を隔てた
   １か所の位置に１個のみ設けられていることを特徴とす
   る請求項４記載のガスＷＩ計測装置。
6. 【請求項６】 前記発熱源が、前記副室の円筒における
   略中心部に設けられており、 前記温度センサが、異った位置に複数個設けられてお
   り、その複数個の温度センサによって測定された温度の
   値に基づいて、前記副室の内部で測定されるガスの温度
   のばらつきを補正するようにしたことを特徴とする請求
   項４記載のガスＷＩ計測装置。
7. 【請求項７】 ガスを導通させる導通路と、前記導通路
   の内壁面から凹状に奥まった空間を形成する形状で、前
   記導通路に面した位置に前記導通路を通るガスの一部を
   前記凹状の空間に対して流入させることで、その空間内
   に存在していたガスを押し出して流出させて、前記凹状
   の空間内のガスの換気を行うように、所定の大きさの開
   口が設けられた隔壁を備えた副室と、 前記副室の内部に設けられて、前記ガスの密度を計測す
   る密度センサと、 前記密度センサによって計測された前記ガスの密度に基
   づいて、前記導通路を流れるガスのＷＩ（ウォッベ指
   数）を演算するＷＩ演算手段と、 前記導通路を流れるガスの流量を計測するガス流量計測
   手段と、 前記ガス流量計測手段によって計測されたガスの流量値
   と、前記ＷＩ演算手段によって演算されたＷＩとに基づ
   いて、前記ガスの燃焼流量を演算するガス燃焼流量演算
   手段とを備えたことを特徴とするガス燃焼流量計測装
   置。
8. 【請求項８】 前記ＷＩ演算手段が、ａ，ｂ，ｋをそれ
   ぞれ独立した定数とし、ρを前記ガスの密度の値とし
   て、ＷＩ＝（ａρ＋ｂ）／（ρ／ｋ）^1/2 なる計算式で
   表される演算によって前記導通路を流れるガスのＷＩ
   （ウォッベ指数）を演算することを特徴とする請求項７
   記載のガス燃焼流量計測装置。
9. 【請求項９】 前記副室が、凹状に所定の奥行きに亘っ
   て奥まった、底面を有する略円筒状のもので、 前記副室の内部の前記換気によるガスの流れが計測に対
   して実質的な影響を与えない位置に前記密度センサが設
   けられていることを特徴とする請求項７記載のガス燃焼
   流量計測装置。
10. 【請求項１０】 前記ＷＩ演算手段が、さらに、前記ガ
    ス流量計測手段によって計測されたガスの流量値に基づ
    いて、前記ガスの密度の値または前記ＷＩ（ウォッベ指
    数）を補正することを特徴とする請求項７記載のガス燃
    焼流量計測装置。
11. 【請求項１１】 ガスを導通させる導通路と、 前記導通路の内壁面から凹状に奥まった空間を形成する
    形状で、前記導通路に面した位置に前記導通路を通るガ
    スの一部を前記凹状の空間に対して流入させることで、
    その空間内に存在していたガスを押し出して流出させ
    て、前記凹状の空間内のガスの換気を行うように所定の
    大きさの開口が設けられた隔壁を備えた副室と、 前記副室の内部の前記換気によるガスの流れが計測に対
    して実質的な影響を与えない位置に設けられて、前記ガ
    スの密度を計測する密度センサとを備えたことを特徴と
    するガス密度計測器。
12. 【請求項１２】 前記副室が、凹状に所定の奥行きに亘
    って奥まった、底面を有する略円筒状のもので、 前記副室の内部の前記換気によるガスの流れが計測に対
    して実質的な影響を与えない位置に前記密度センサが設
    けられていることを特徴とする請求項１１記載のガス密
    度計測器。
13. 【請求項１３】 前記密度センサが、所定の熱を発する
    発熱源と、その発熱源から所定の位置を隔てて配置され
    た温度センサとを備えていることを特徴とする請求項１
    １記載のガス密度計測器。
14. 【請求項１４】 前記発熱源が、前記副室の円筒におけ
    る略中心部に設けられており、 前記温度センサが、前記発熱源から所定の距離を隔てた
    １か所の位置に１個のみ設けられていることを特徴とす
    る請求項１３記載のガス密度計測器。
15. 【請求項１５】 前記発熱源が、前記副室の円筒におけ
    る略中心部に設けられており、 前記温度センサが、異った位置に複数個設けられてお
    り、その複数個の温度センサによって測定された温度の
    値に基づいて、前記副室の内部で測定されるガスの温度
    のばらつきを補正することを特徴とする請求項１３記載
    のガス密度計測器。
16. 【請求項１６】 前記発熱源が、前記副室の円筒の略中
    心部に設けられており、 前記温度センサが、前記副室の円筒の壁面に設けられて
    いることを特徴とする請求項１３記載のガス密度計測
    器。