JP2011203217A - Gas control system and the gas control method - Google Patents
Gas control system and the gas control method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011203217A JP2011203217A JP2010073442A JP2010073442A JP2011203217A JP 2011203217 A JP2011203217 A JP 2011203217A JP 2010073442 A JP2010073442 A JP 2010073442A JP 2010073442 A JP2010073442 A JP 2010073442A JP 2011203217 A JP2011203217 A JP 2011203217A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- calorific value
- combustible gas
- combustible
- combustion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
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。 The present invention relates to gas technology, and relates to a gas control system and a gas control method.
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。 In Europe, America and Asia, it is common to supply natural gas from a gas field using a pipeline. Natural gas contains nitrogen and carbon dioxide, which are non-caloric components, as impurities in addition to the main component alkane such as methane. For this reason, the amount of heat supplied per unit time may vary greatly. When combustible gas is burned, in order to avoid incomplete combustion, an amount of air that allows a surplus from the theoretical air amount necessary for complete combustion, so-called excess air amount, is mixed with the combustible gas. In particular, in the case of natural gas, an excessive amount of air tends to be mixed in anticipation of large fluctuations in the amount of heat. However, when the excess air amount is mixed with the combustible gas, the excess air takes heat and reduces the amount of heat obtained by heat exchange.
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。)。 Therefore, in order to burn the combustible gas efficiently, it has been proposed to analyze the composition of the combustible gas before mixing with air with a gas chromatography apparatus and measure the calorific value of the combustible gas. In addition, in order to bring the air-fuel ratio of the combustion-supporting gas such as air and the combustible gas close to the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen concentration in the combustion exhaust gas is measured with an oxygen sensor, and based on the measured oxygen concentration A system for controlling the air-fuel ratio has also been proposed (see, for example, Patent Document 1).
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。 However, gas chromatography devices are expensive and require a long time for analysis. Therefore, the gas chromatography apparatus is not suitable for monitoring the fluctuation of the combustible gas composition in real time. Also for the oxygen sensor, it may take time to detect the oxygen concentration. Accordingly, the present invention provides a gas control system and a gas control method capable of easily and accurately measuring the calorific value of a combustible gas and appropriately controlling the mixing of the combustible gas and the combustion-supporting gas. Is one of the purposes.
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。 According to an aspect of the present invention, (a) a measurement mechanism that measures the value of the heat release coefficient or thermal conductivity of the combustible gas when the heat generating element generates heat at a plurality of heat generation temperatures; An equation storage device that stores a calorific value calculation formula having a heat dissipation coefficient or thermal conductivity as an independent variable and a calorific value as a dependent variable, and (c) a heat dissipation coefficient or thermal conductivity of a plurality of heat generation temperatures of the calorific value calculation formula. A calorific value calculation unit that calculates the calorific value of the combustible gas by substituting the heat dissipation coefficient or thermal conductivity value of the combustible gas for a plurality of exothermic temperatures into the independent variable, and (d) the exothermic heat of the combustible gas. A gas control system is provided that includes a control device that controls mixing of combustible gas and combustion-supporting gas based on the calculated value of the amount.
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。 According to another aspect of the present invention, (a) measuring the value of the heat release coefficient or thermal conductivity of the combustible gas when the heat generating element generates heat at a plurality of heat generation temperatures; and (b) the plurality of heat generation temperatures. Preparing a calorific value calculation formula with the heat dissipation coefficient or thermal conductivity as an independent variable and the calorific value as a dependent variable; and (c) independent of the heat dissipation coefficient or thermal conductivity for a plurality of heat generation temperatures in the calorific value calculation formula. Substituting into the variable the value of the heat release coefficient or thermal conductivity of the combustible gas for a plurality of heat generation temperatures, calculating the value of the heat generation amount of the combustible gas, and (d) the calculated value of the heat generation amount of the combustible gas Based on the above, there is provided a gas control method including controlling mixing of a combustible gas and a combustion-supporting gas.
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。 According to another aspect of the present invention, (a) a flow path through which a combustible gas flows, (b) a temperature measuring element disposed in the flow path, and (c) a plurality of heat generation elements disposed in the flow path. A heating element that generates heat at a temperature, (d) a value of an electrical signal from a temperature measuring element that depends on the temperature of the combustible gas, and a value of an electrical signal from the heating element at each of a plurality of heating temperatures are measured. A measurement module; and (e) a formula storage device for storing a calorific value calculation formula having the electric signal from the temperature measuring element and the electric signal from the heat generating element at a plurality of heat generation temperatures as independent variables and the calorific value as a dependent variable; (F) The value of the electric signal from the temperature measuring element and the value of the electric signal from the heating element are the independent variable of the electric signal from the temperature measuring element and the independent variable of the electric signal from the heating element of the calorific value calculation formula. And a calorific value calculation unit for calculating the calorific value of the combustible gas, g) based on the calculated value of the calorific value of the combustible gas, and combustible gas, a gas control system comprising a controller, the controlling the combustion-supporting gas, the mixture of is provided.
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。 According to another aspect of the present invention, (a) obtaining a value of an electrical signal from a temperature measuring element depending on the temperature of the combustible gas, and (b) providing a heating element in contact with the combustible gas with a plurality of heating temperatures. (C) obtaining values of electrical signals from the heating elements at each of a plurality of heating temperatures; (d) electrical signals from the temperature measuring elements and electricity from the heating elements at a plurality of heating temperatures. Preparing a calorific value calculation formula with the signal as an independent variable and the calorific value as a dependent variable; and (e) the independent variable of the electric signal from the temperature measuring element of the calorific value calculation formula and the electric signal from the heating element. Substituting the value of the electric signal from the temperature measuring element and the value of the electric signal from the heating element into the independent variable to calculate the value of the calorific value of the combustible gas, and (f) the calorific value of the combustible gas. Based on the calculated value, the mixture of combustible gas and supporting gas Gas control method comprising, and controlling is provided.
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。 According to the present invention, it is possible to provide a gas control system and a gas control method capable of easily and accurately measuring the calorific value of a combustible gas and appropriately controlling the mixing of the combustible gas and the combustion-supporting gas. is there.
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。 Embodiments of the present invention will be described below. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic. Therefore, specific dimensions and the like should be determined in light of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
(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。
(First embodiment)
[Heat generation calculation formula creation system and calorific value calculation formula creation method]
First, a calorific value calculation formula creation system and a calorific value calculation formula creation method capable of creating a calorific value calculation formula used by the gas control system according to the first embodiment of the present invention will be described. The calorific value calculation formula creation system includes a
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。
The
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。
The
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。
As shown in FIG. 3, for example, a positive input terminal of an
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。
A switch SW1 is provided between the
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。
When a voltage V L3 of 2.4 V is applied to the negative input terminal of the
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 / IH 2 ・・・(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)
The
R H = R STD × [1 + α (T H -T STD ) + β (T H -T STD ) 2 ] (1)
Here, T STD represents a standard temperature, for example, 20 ° C. R STD represents a resistance value measured in advance at the standard temperature T STD . α represents a first-order resistance temperature coefficient, and β represents a second-order resistance temperature coefficient. Further, the resistance value R H of the
R H = P H / I H 2 (2)
Alternatively, the resistance value R H of the
R H = V H / I H (3)
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)
Here, the heat generation temperature TH of the
M O = P H / (T H -T O ) (4)
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。
And current I H flowing in the
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。
The
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。
As shown in FIG. 4, for example, a negative input terminal of an
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。
Note that, by keeping the temperature of the
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)
Here, it is assumed that the atmospheric gas is a mixed gas, and the mixed gas is composed of four types of gas components: gas A, gas B, gas C, and gas D. The sum of the volume ratio V A of the gas A , the volume ratio V B of the gas B , the volume ratio V C of the gas C , and the volume ratio V D of the gas D is 1 as given by the following equation (5). .
V A + V B + V C + V D = 1 (5)
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)
The calorific value per unit volume of gas A is K A , the calorific value per unit volume of gas B is K B , the calorific value per unit volume of gas C is K C , and the calorific value per unit volume of gas D is Is K D , the calorific value Q per unit volume of the mixed gas is given by the sum of the volume ratio of each gas component multiplied by the calorific value per unit volume of each gas component. Therefore, the calorific value Q per unit volume of the mixed gas is given by the following equation (6). The unit of the calorific value per unit volume is, for example, MJ / m 3 .
Q = K A × V A + K B × V B + K C × V C + K D × V D ... (6)
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)
Moreover, the radiation coefficient M A gas A, the radiation coefficient of gas B M B, when the radiation coefficient of gas C M C, the radiation coefficient of the gas D and M D, the radiation coefficient M I of the mixed gas, the It is given as the sum of the volume fraction of the gas component multiplied by the heat dissipation coefficient of each gas component. Therefore, the heat dissipation coefficient M I of the mixed gas is given by the following equation (7).
M I = M A × V A + M B × V B + M C × V C + M D × V D ... (7)
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)
Further, since the radiation coefficient of gas depends on the heating temperature T H of the
M I (T H ) = M A (T H ) × V A + M B (T H ) × V B + M C (T H ) × V C + M D (T H ) × V D・ ・ ・ ( 8)
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)
Therefore, the heat release coefficient M I (T H1 ) of the mixed gas when the heat generation temperature of the
M I (T H1 ) = M A (T H1 ) × V A + M B (T H1 ) × V B + M C (T H1 ) × V C + M D (T H1 ) × V D・ ・ ・ ( 9)
M I (T H2 ) = M A (T H2 ) × V A + M B (T H2 ) × V B + M C (T H2 ) × V C + M D (T H2 ) × V D・ ・ ・ ( Ten)
M I (T H3 ) = M A (T H3 ) × V A + M B (T H3 ) × V B + M C (T H3 ) × V C + M D (T H3 ) × V D・ ・ ・ ( 11)
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。
Here, the heat dissipation coefficients M A (T H ), M B (T H ), M C (T H ), and M D (T H ) of each gas component are nonlinear with respect to the heat generation temperature T H of the
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。
FIG. 5 shows the relationship between the heat release coefficient of the
(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)
The heat release coefficients M A (T H1 ), M B (T H1 ), M C (T H1 ), M D (T H1 ), M A (T H2 ) of the gas components in the equations (9) to (11) , M B (T H2 ), M C (T H2 ), M D (T H2 ), M A (T H3 ), M B (T H3 ), M C (T H3 ), M D (T H3 ) The value can be obtained in advance by measurement or the like. Therefore, when the simultaneous equations of the equations (5) and (9) to (11) are solved, the volume ratio V A of the gas A , the volume ratio V B of the gas B , the volume ratio V C of the gas C , and the gas D Each of the volume ratios V D is expressed as a function of the heat release coefficient M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 ) of the mixed gas as shown in the following equations (12) to (15). Given. In the following equations (12) to (15), n is a natural number and f n is a symbol representing a function.
V A = f 1 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 )] (12)
V B = f 2 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 )] (13)
V C = f 3 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 )] (14)
V D = f 4 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 )] (15)
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)
Here, the following equation (16) is obtained by substituting the equations (16) to (19) into the above equation (6).
Q = K A × V A + K B × V B + K C × V C + K D × V D
= K A × f 1 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 )]
+ K B × f 2 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 )]
+ K C × f 3 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 )]
+ K D × f 4 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 )] (16)
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)
As is clear from the above equation (16), the calorific value Q per unit volume of the mixed gas is the heat dissipation coefficient M I of the mixed gas when the heating temperature of the
Q = g [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 )] (17)
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。
Therefore, if the above equation (17) is obtained in advance for a mixed gas composed of gas A, gas B, gas C, and gas D, the volume ratio V A of gas A , the volume ratio V B of gas B , and the gas C The inventors have found that the calorific value Q per unit volume of the gas to be inspected with unknown volume ratio V C and volume ratio V D of gas D can be easily calculated. Specifically, the radiation coefficient M I of the mixed gas to be examined when the heat producing temperature of the
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)
The gas components of the mixed gas are not limited to four types. For example, when the mixed gas is composed of n types of gas components, first, at least n−1 types of heat generation temperatures T H1 , T H2 , T H3,. radiation coefficient of the mixed gas with respect to T Hn-1 M I (T H1), M I (T H2), M I (T H3), ···, the equation as a variable M I (T Hn-1) previously get. Then, n-1 kinds of the heating temperatures T H1, T H2, T H3 of the
Q = g [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 ), ..., M I (T Hn-1 )] ... (18)
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)
However, the mixed gas, methane (CH 4) as a gas component in addition to the propane (C 3 H 8), a j is a natural number, methane (CH 4) and other than propane (C 3 H 8) alkane (C j H 2j + 2 ), alkanes other than methane (CH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) (C j H 2j + 2 ), and mixtures of methane (CH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) This does not affect the calculation of equation (18). For example, ethane (C 2 H 6 ), butane (C 4 H 10 ), pentane (C 5 H 12 ), and hexane (C 6 H 14 ) are respectively represented by the following formulas (19) to (22): The equation (18) may be calculated by regarding the mixture as methane (CH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) multiplied by a predetermined coefficient.
C 2 H 6 = 0.5 CH 4 + 0.5 C 3 H 8 ... (19)
C 4 H 10 = -0.5 CH 4 + 1.5 C 3 H 8 ... (20)
C 5 H 12 = -1.0 CH 4 + 2.0 C 3 H 8 ... (21)
C 6 H 14 = -1.5 CH 4 + 2.5 C 3 H 8 ... (22)
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。 Accordingly, the z as a natural number, a mixed gas consisting of n kinds of gas components methane (CH 4) as a gas component in addition to the propane (C 3 H 8), methane (CH 4) and propane (C 3 H 8 ) Other than z types of alkanes (C j H 2j + 2 ), an equation having at least the heat release coefficient M I of the mixed gas at nz−1 types of exothermic temperatures may be obtained.
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。 In addition, when the type of the gas component of the mixed gas used in the calculation of the equation (18) is the same as the type of the gas component of the mixed gas to be inspected whose calorific value Q per unit volume is unknown, Of course, the equation (18) can be used to calculate the calorific value Q. Furthermore, when the inspection target mixed gas is composed of less than n kinds of gas components and less than n kinds of gas components are included in the mixed gas used in the calculation of equation (18), Equation (18) can be used. For example, the mixed gas used in the calculation of the equation (18) includes four types of gas components, methane (CH 4 ), propane (C 3 H 8 ), nitrogen (N 2 ), and carbon dioxide (CO 2 ). In some cases, the mixed gas to be inspected does not contain nitrogen (N 2 ) but contains only three kinds of gas components, methane (CH 4 ), propane (C 3 H 8 ), and carbon dioxide (CO 2 ). The equation (18) can be used to calculate the calorific value Q of the inspection target mixed gas.
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。 Further, when the mixed gas used in the calculation of the equation (18) contains methane (CH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) as gas components, the inspection target mixed gas is used in the calculation of the equation (18). Even if the alkane (C j H 2j + 2 ) not contained in the mixed gas is contained, the formula (18) can be used. This is because, as described above, the methane (CH 4) and propane (C 3 H 8) other than the alkane (C j H 2j + 2) , a mixture of methane (CH 4) and propane (C 3 H 8) Even if it considers, it is because it does not affect calculation of the emitted-heat amount Q per unit volume using (18) Formula.
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。
Here, the calorific value calculation
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。
The
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。
When four types of sample mixed gases with different calorific values Q are used, as shown in FIG. 7, the
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。
A second
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。
A third
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。
A fourth
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。 Each of the first to fourth sample mixed gases is natural gas having a known calorific value Q, for example. Each of the first to fourth sample mixed gases includes four kinds of gas components, for example, methane (CH 4 ), propane (C 3 H 8 ), nitrogen (N 2 ), and carbon dioxide (CO 2 ).
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。
After the first sample mixed gas is filled in the
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。
After the first sample mixed gas is removed from the
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。
In addition, when each sample mixed gas contains n types of gas components, the
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。
The
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。
Further, the heat dissipation
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。
Furthermore, the heat dissipation
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。
The calorific value calculation
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。
For example, the
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。
Note that “multivariate analysis” refers to A.I. J Smol and B.M. In support vector regression, multiple regression analysis, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-141999, disclosed in Scholkopf's “A Tutor on Support Vector Regression” (NeuroCOLt Technical Report (NC-TR-98-030), 1998). Includes the disclosed fuzzy quantification theory class II. The heat dissipation
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。
The calorific value calculation
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。
Next, a method for creating a calorific value calculation formula will be described using the flowchart shown in FIG. In the following example, a case will be described in which first to fourth sample mixed gases are prepared and the
(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。
(A) In step S100, with the valves of the second to fourth
(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。
(B) In step S102, the
(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。
(C) In step S102, it is determined whether or not switching of the heat generation temperature of the
(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。
(D) When the switching of the heat generation temperature of the
(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。
(E) Similar to the first sample mixed gas, the loop of step S101 to step S102 is repeated. First, the value of the temperature T I of the second sample mixed gas is measured. In addition, the heat dissipation
(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。
(F) Thereafter, the loop from step S100 to step S103 is repeated. As a result, the value of the heat dissipation coefficient M I of the third sample mixed gas when the
(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。
(G) In step S105, the value of the calorific value Q of the first to fourth sample mixed gases and the first to fourth in each case where the heating temperature of the
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。 The calorific value calculation formula capable of uniquely calculating the calorific value Q of the measurement target mixed gas is created as described above.
[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。
[Heat generation calculation system and heat generation calculation method]
Next, a heat generation amount calculation system provided in the gas control system according to the first embodiment of the present invention and a heat generation amount calculation method using the system will be described. As shown in FIG. 9, the calorific
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。
The
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。
The
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。
The heat radiation
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。
Calorific
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。
Next, a method for measuring the calorific value will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In the following example, the case where the
(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。
(A) In step S200, a combustible gas is introduced into the
(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。
(B) In step S202, the
(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。
(C) In step S202, it is determined whether or not switching of the heat generation temperature of the
(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。
(D) When the switching of the heat generation temperature of the
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。 As described above, without using an expensive gas chromatography device, from the measured values for the radiation coefficients M I of the combustible gas, the value of the calorific value Q of the mixed gas of the combustible gas can be measured.
[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。
[Example of calorific value calculation]
Next, an example of the calorific value calculation method used by the gas control system according to the first embodiment of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 11, 28 kinds of sample mixed gases with known calorific value Q were prepared. Each of the 28 kinds of sample mixed gases includes methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ), butane (C 4 H 10 ), nitrogen (N 2 ), and It contained any or all of carbon dioxide (CO 2 ). For example, no. The sample gas mixture of 7 contained 90 vol% methane, 3 vol% ethane, 1 vol% propane, 1 vol% butane, 4 vol% nitrogen, and 1 vol% carbon dioxide. No. The sample mixed gas of 8 contained 85 vol% methane, 10 vol% ethane, 3 vol% propane, and 2 vol% butane, and did not contain nitrogen and carbon dioxide. No. Nine sample gas mixtures contained 85 vol% methane, 8 vol% ethane, 2 vol% propane, 1 vol% butane, 2 vol% nitrogen, and 2 vol% carbon dioxide.
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。 Then, the value of each of the radiation coefficient M I of the 28 kinds of sample mixed gas, 100 ° C. The heating temperature of the heater element was measured by setting the 0.99 ° C., and 200 ° C.. For example, No. The sample mixed gas of No. 7 contains six kinds of gas components. As described above, ethane (C 2 H 6 ) and butane (C 4 H 10 ) are methane (CH 4 ) and propane (C 3 H). because be regarded as a mixture of 8), it is safe to measure the value of the three heating temperature of the radiation coefficient M I. Then, the calorific values Q of 28 kinds of sample mixed gas, based on the value of the measured radiation coefficients M I, by support vector regression, the radiation coefficient M I as independent variables, the dependent variable calorific value Q A linear equation, a quadratic equation, and a cubic equation for calculating the calorific value Q were prepared.
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)
When creating a linear equation for calculating the calorific value Q, the number of calibration points can be determined as appropriate using 3 to 5 calibration points. The created linear equation was given by the following equation (23). The calorific value Q of 28 kinds of sample mixed gas was calculated by the equation (23), and compared with the true calorific value Q, the maximum error was 2.1%.
Q = 39.91-20.59 × M I (100 ° C)-0.89 × M I (150 ° C) + 19.73 × M I (200 ° C) ・ ・ ・ (23)
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。 When creating a quadratic equation for calculating the calorific value Q, the calibration points can be determined as appropriate using 8 to 9 calibration points. The calorific value Q of 28 kinds of sample mixed gas was calculated by the prepared quadratic equation and compared with the true calorific value Q. The maximum error was 1.2 to 1.4%.
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。 When creating a cubic equation for calculating the calorific value Q, 10 to 14 calibration points can be determined as appropriate. When the calorific value Q of 28 kinds of sample mixed gas was calculated by the created cubic equation and compared with the true calorific value Q, the maximum error was less than 1.2%. As shown in FIG. 12 and FIG. 13, the calorific value Q calculated by the cubic equation created by taking 10 calibration points is a good approximation to the true calorific value Q, with little error. there were.
[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。
[Gas control system]
Here, the gas control system according to the first embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 14, the gas control system includes a
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。
The combustion-supporting
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。
The
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。
A
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。
A
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。
The combustible
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。
14 is supplied from the flammable
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。
A
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。 Natural gas has a different component ratio of hydrocarbons depending on the gas field. Natural gas includes nitrogen (N 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ), which are non-caloric components, in addition to hydrocarbons. Therefore, the volume ratio of the gas component contained in the natural gas differs depending on the output gas field, and the calorific value Q of the natural gas is often unknown even if the type of the gas component is known. Moreover, even if it is the natural gas derived from the same gas field, the calorific value Q is not always constant and may change depending on the sampling time.
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。 On the other hand, according to the gas control system according to the first embodiment, it is possible to easily and accurately detect the accurate calorific value Q of the combustible gas such as natural gas. Therefore, it is possible to appropriately set the flow rate of the combustion-supporting gas necessary for burning the combustible gas. Therefore, it is possible to reduce the amount of wasteful carbon dioxide (CO 2 ) emissions.
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。
The gas control system according to the first embodiment further includes an oxygen concentration sensor that detects the oxygen concentration of the combustion gas when the mixed gas of the combustible gas and the combustion-supporting gas is burned in the
(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)
(Modification of the first embodiment)
In the above formulas (12) to (15), the volume ratio V A of the gas A of the mixed gas, the volume ratio V B of the gas B , the volume ratio V C of the gas C , and the volume ratio V D of the gas D are respectively It was shown that it is given as a function of the heat release coefficient M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 ) of the mixed gas. Here, according to Boyle Charles' law, the volume of the gas is proportional to the temperature of the gas itself. Therefore, for example, if the temperature of the mixed gas before the
V A = f 1 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 ), T I ] (24)
V B = f 2 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 ), T I ] (25)
V C = f 3 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 ), T I ] (26)
V D = f 4 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 ), T I ] (27)
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)
Here, the following equation (28) is obtained by substituting the equations (24) to (27) into the above equation (6).
Q = K A × V A + K B × V B + K C × V C + K D × V D
= K A × f 1 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 ), T I ]
+ K B × f 2 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 ), T I ]
+ K C × f 3 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 ), T I ]
+ K D × f 4 [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 ), T I ] (28)
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)
As is apparent from the above equation (28), the calorific value Q per unit volume of the mixed gas is the heat dissipation coefficient M I (M 1) of the mixed gas when the heating temperature of the
Q = g [M I (T H1 ), M I (T H2 ), M I (T H3 ), T I ] (29)
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。
Therefore, when the heat generation temperature of the
(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)
(Second Embodiment)
[Heat generation calculation formula creation system and calorific value calculation formula creation method]
First, a calorific value calculation formula creation system and a calorific value calculation formula creation method capable of creating a calorific value calculation formula used by the gas control system according to the second embodiment of the present invention will be described. Here, from the above equation (1), the temperature T H of the
T H = (1 / 2β) × [-α + [α 2 - 4β (1 - R H / R H_STD)] 1/2] + T H_STD ... (30)
Therefore, the difference ΔT H between the temperature T H of the
ΔT H = (1 / 2β) × [-α + [α 2 - 4β (1 - R H / R H_STD)] 1/2] + T H_STD - T I ··· (31)
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)
The temperature T I of the atmospheric gas approximates the temperature T I of the first
R I = R I_STD × [1 + α (T I -T I_STD ) + β (T I -T I_STD ) 2 ] (32)
T I_STD represents the standard temperature of the first
T I = (1 / 2β) × [-α + [α 2 - 4β I (1 - R I / R I_STD)] 1/2] + T I_STD ... (33)
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。
Therefore, the radiation coefficient M I of the atmospheric gas is also given by the following equation (34).
M I = P H / ΔT H
= P H / [(1 / 2β) [-α + [α 2 -4β (1-R H / R H_STD )] 1/2 ] + T H_STD- (1 / 2β) [-α + [α 2- 4β (1-R I / R I_STD )] 1/2 ] -T I_STD ] ... (34)
Since the energizing current I H and the driving power P H or voltage V H of the
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)
As shown in the above equation (17), the calorific value Q per unit volume of the mixed gas composed of four kinds of gas components is the mixture when the heating temperature of the
Q = g [R H1 (T H1 ), R H2 (T H2 ), R H3 (T H3 ), R I ] (35)
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。
Therefore, the resistance values R H1 (T H1 ), R H2 (T H2 ), R H3 (T H of the
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)
Further, the calorific value Q per unit volume of the mixed gas is, as shown in the following formula (36), the energization current I H1 of the
Q = g [I H1 (T H1 ), I H2 (T H2 ), I H3 (T H3 ), I I ] (36)
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)
Alternatively, the calorific value Q per unit volume of the mixed gas is the voltage V H1 (V H1 applied to the
Q = g [V H1 (T H1 ), V H2 (T H2 ), V H3 (T H3 ), V I ] (37)
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)
Alternatively, the calorific value Q per unit volume of the mixed gas is an analog connected to the
Q = g [AD H1 (T H1 ), AD H2 (T H2 ), AD H3 (T H3 ), AD I ] (38)
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)
Therefore, the calorific value Q per unit volume of the mixed gas is an electric signal from the
Q = g [S H1 (T H1 ), S H2 (T H2 ), S H3 (T H3 ), S I ] (39)
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。
Here, the calorific value calculation
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。
After the
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。
After the first sample mixed gas is removed from the
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。
After the third sample mixed gas is filled in the
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。
After the fourth sample mixed gas is filled in the
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。
In addition, when each sample mixed gas contains n types of gas components, the
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。
As shown in FIG. 15, the
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。
The electric signal S I from the first
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。
[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。
[Heat generation calculation system]
Next, a calorific value calculation system provided in the gas control system according to the second embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 16, the calorific
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。
Calorific value calculation formula, for example, the electric signal S I from the first
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。
The first
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。
Measurement module shown in FIG. 16 321, the value of the electric signal S I from the first
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。
Calorific
[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。
[Gas control system]
As shown in FIG. 17, in the gas control system according to the second embodiment, the calorific
(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。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the embodiment. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, embodiments, and operation techniques should be apparent to those skilled in the art. For example, FIG. 18 shows the relationship between the heat dissipation coefficient of the mixed gas and the thermal conductivity when currents of 2 mA, 2.5 mA, and 3 mA are passed through the heating resistor. As shown in FIG. 18, the heat dissipation coefficient of the mixed gas and the thermal conductivity are generally in a proportional relationship. Therefore, in the above-described example, when the calorific value calculation formula is created, the value of the heat dissipation coefficient of the mixed gas at a plurality of heating temperatures of the heating resistor is used. The value of the thermal conductivity of the mixed gas may be used. Thus, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein.
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
8 Microchip 10 Measurement mechanism 18 Heat insulation member 20A, 20B Heat generation amount calculation formula creation system 21A, 21B Heat generation amount calculation system 31A, 31B, 31C, 31D Gas pressure regulators 32A, 32B, 32C, 32D Flow control devices 50A, 50B, 50C, 50D Gas cylinder 60 Substrate 61 Heating element 62 First temperature measuring element 63 Second temperature measuring element 64 Thermal insulation element 65 Insulating film 66 Cavity 91A, 91B, 91C, 91D, 92A, 92B, 92C, 92D, 93, 102 , 103 channel 101 chamber 110 crater part 120 combustion-supporting gas piping system 121 combustion-supporting gas channel 121a oxygen channel 121b air channel 122a, 122b regulators 123a, 123b, 133 flow controllers 124a, 124b shut-off valves 125a, 125b Check valve 126 Mixer 130 Combustible gas piping system 131 Combustible gas flow path 132 Regulator 134 Shut-off valve 135 Check valve 140 Mixed gas piping system 141 Mixed gas flow path 142 Mixer 150 Controller 161, 162, 163, 164, 165, 181, 182, 183 Resistance elements 170 and 171 Operational amplifier 301 Heat dissipation coefficient calculation module 302 Formula creation module 303 Drive circuit 304 A / D conversion circuit 305 Heat generation amount calculation module 312 Input device 313 Output device 321 Measurement module 401 Heat dissipation coefficient storage device 402 Formula storage device 403 Heat generation Quantity storage device 421 Electric signal storage device
Claims (32)
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。 A measurement mechanism that measures the value of the heat release coefficient or thermal conductivity of the combustible gas when the heating element generates heat at a plurality of heat generation temperatures;
A formula storage device for storing a calorific value calculation formula having the heat dissipation coefficient or thermal conductivity for the plurality of heat generation temperatures as an independent variable and a calorific value as a dependent variable;
Substituting the value of the heat release coefficient or thermal conductivity of the combustible gas for the plurality of heat generation temperatures into the independent variable of the heat release coefficient or heat conductivity for the plurality of heat generation temperatures in the calorific value calculation formula, A calorific value calculation unit for calculating a calorific value of the property gas;
Based on the calculated value of the calorific value of the combustible gas, a control device that controls the mixing of the combustible gas and the combustion-supporting gas;
A gas control system.
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。 A combustible gas flow meter for detecting the flow rate of the combustible gas;
A combustion-supporting gas flow meter for detecting a flow rate of the combustion-supporting gas;
The gas control system according to claim 1, further comprising:
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。 Measuring the value of the heat release coefficient or thermal conductivity of the combustible gas when the heating element generates heat at a plurality of heat generation temperatures;
Preparing a calorific value calculation formula with the heat dissipation coefficient or thermal conductivity for the plurality of heat generation temperatures as an independent variable, and a calorific value as a dependent variable;
Substituting the value of the heat release coefficient or thermal conductivity of the combustible gas for the plurality of heat generation temperatures into the independent variable of the heat release coefficient or heat conductivity for the plurality of heat generation temperatures in the calorific value calculation formula, Calculating the value of the calorific value of the property gas,
Based on the calculated value of the calorific value of the combustible gas, controlling the mixing of the combustible gas and the combustion-supporting gas;
Including a gas control method.
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。 Detecting the flow rate of the combustible gas;
Detecting the flow rate of the combustion-supporting gas;
The gas control method according to claim 9, further comprising:
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。 A flow path through which a combustible gas flows;
A temperature measuring element disposed in the flow path;
A heating element that is disposed in the flow path and generates heat at a plurality of heating temperatures;
A measurement module that measures the value of the electrical signal from the temperature measuring element depending on the temperature of the combustible gas, and the value of the electrical signal from the heating element at each of the plurality of heating temperatures;
An equation storage device for storing a calorific value calculation formula having an electrical signal from the temperature measuring element and an electrical signal from the heating element at the plurality of heating temperatures as independent variables, and a calorific value as a dependent variable;
In the independent variable of the electrical signal from the temperature measuring element and the independent variable of the electrical signal from the heating element of the calorific value calculation formula, the value of the electrical signal from the temperature measuring element, and the electricity from the heating element Substituting the value of the signal, a calorific value calculation unit for calculating the calorific value of the combustible gas,
Based on the calculated value of the calorific value of the combustible gas, a control device that controls the mixing of the combustible gas and the combustion-supporting gas;
A gas control system.
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。 A combustible gas flow meter for detecting the flow rate of the combustible gas;
A combustion-supporting gas flow meter for detecting a flow rate of the combustion-supporting gas;
The gas control system according to claim 17, further comprising:
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。 Obtaining the value of the electrical signal from the temperature measuring element depending on the temperature of the combustible gas;
Heating the heating element in contact with the combustible gas at a plurality of heating temperatures;
Obtaining a value of an electrical signal from the heating element at each of the plurality of heating temperatures;
Preparing a calorific value calculation formula with the electrical signal from the temperature measuring element and the electrical signal from the heating element at the plurality of heat generation temperatures as independent variables, and the calorific value as a dependent variable;
In the independent variable of the electrical signal from the temperature measuring element and the independent variable of the electrical signal from the heating element in the calorific value calculation formula, the value of the electrical signal from the temperature measuring element and the electrical signal from the heating element Substituting the value of, and calculating the calorific value of the combustible gas;
Based on the calculated value of the calorific value of the combustible gas, controlling the mixing of the combustible gas and the combustion-supporting gas;
Including a gas control method.
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。 Detecting the flow rate of the combustible gas;
Detecting the flow rate of the combustion-supporting gas;
The gas control method according to claim 25, further comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010073442A JP2011203217A (en) | 2010-03-26 | 2010-03-26 | Gas control system and the gas control method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010073442A JP2011203217A (en) | 2010-03-26 | 2010-03-26 | Gas control system and the gas control method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011203217A true JP2011203217A (en) | 2011-10-13 |
Family
ID=44880000
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010073442A Pending JP2011203217A (en) | 2010-03-26 | 2010-03-26 | Gas control system and the gas control method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011203217A (en) |
-
2010
- 2010-03-26 JP JP2010073442A patent/JP2011203217A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5075986B2 (en) | Calorific value calculation formula creation system, calorific value calculation formula creation method, calorific value calculation system, and calorific value calculation method | |
JP5759780B2 (en) | Calorific value measuring system and calorific value measuring method | |
JP5335727B2 (en) | Calorific value calculation formula creation system, calorific value calculation formula creation method, calorific value measurement system, and calorific value measurement method | |
JP5389502B2 (en) | Gas property value measurement system, gas property value measurement method, calorific value calculation formula creation system, calorific value calculation formula creation method, calorific value calculation system, and calorific value calculation method | |
JP5781968B2 (en) | Calorific value measuring system and calorific value measuring method | |
JP5421832B2 (en) | Calorific value calculation formula creation system, calorific value calculation formula creation method, calorific value measurement system, and calorific value measurement method | |
JP5420456B2 (en) | Calorific value calculation formula creation system, calorific value calculation formula creation method, calorific value measurement system, and calorific value measurement method | |
JP5335722B2 (en) | Calorific value calculation formula creation system, calorific value calculation formula creation method, calorific value measurement system, and calorific value measurement method | |
JP5389501B2 (en) | Calorific value calculation formula creation system, calorific value calculation formula creation method, calorific value calculation system, and calorific value calculation method | |
JP5641996B2 (en) | Density measuring system and density measuring method | |
JP5192431B2 (en) | Gas property measurement system | |
JP5275876B2 (en) | Heater and gas property measurement system | |
JP2012198111A (en) | Measuring system of heating value of natural gas and calibration method for the same | |
JP2014130166A (en) | Specific heat capacity measuring system and flow rate measuring system | |
JP5779131B2 (en) | Calorific value measuring system and calorific value measuring method | |
JP5344958B2 (en) | Calorific value calculation formula creation system, calorific value calculation formula creation method, calorific value calculation system, and calorific value calculation method | |
JP5832208B2 (en) | Power generation system and gas measurement system | |
JP2011203217A (en) | Gas control system and the gas control method | |
JP5335728B2 (en) | Calorific value calculation formula creation system, calorific value calculation formula creation method, calorific value measurement system, and calorific value measurement method | |
JP2012202739A (en) | Heating value measuring system and heating value measuring method | |
JP5779130B2 (en) | Power generation system and gas measurement system | |
JP2013205109A (en) | Natural gas heating value measuring system, and calibration method of natural gas heating value measuring system |