JP2018169264A - ガス種の識別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試料ガス中に存在し得る都市ガス及びＬＰＧの各組成比の関係から、試料ガス中のガス種を識別するガス種識別方法を提供する。【解決手段】実施形態のガス種識別方法は、試料ガス中の都市ガス成分としてのエタンの有無を判断する第１のステップ（Ｓ２３）と、試料ガス中のＬＰＧの有無を判断する第２のステップ（Ｓ２４）と、第１のステップで都市ガスを含む場合に、試料ガス中の自然発生メタンの有無を判断する第３のステップ（Ｓ２５）と、を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、試料ガス中の都市ガス、ＬＰＧ、自然発生メタンをそれぞれ検出して、気体中のガス種を検出するガス種の識別方法に関する。

都市ガスのガス輸送管などは土中に埋め込まれ、外気には殆ど晒されていない。しかし、ガス輸送管の老朽化などによって、ガス漏れ事故が起きる可能性がある。そのため、少しのガス漏れのときに検出してガス漏れによる事故の影響を最小限にすることが望まれている。このガス漏れの検出の際に、いきなりガス輸送管まで掘り起こして検出するのは、ガス漏れは稀であることから効率が悪い。そこで、地表で僅かなガス漏れをも見つけて、地表である程度のガス漏れが確認されたときに、地中のガス輸送管まで掘り起こして調べるという方法が採られている。

この場合、地中から発生するガスには有機物の発酵によって発生するメタンなどがある。そこで、例えば特許文献１には、このような発酵ガスは、ＣＯ₂の発生を伴うことから、ＣＯ₂の量も検出し、そのＣＯ₂と一定の関係のメタンは発酵ガスによるものと判定し、その他の都市ガスやＬＰＧと区別し、都市ガスやＬＰＧの存在を検出することが開示されている。

特許第２６８２８８２号公報

メタンは、都市ガス及び発酵ガス中に含まれるのみならず、地中の下の方で発生する天然ガスや、地中のメタン発酵、ガス田、その他由来のメタンなども含み得る。そのため、前述の特許文献１のように、ＣＯ₂を検出することで、都市ガス中のメタンとそれ以外のメタンとを区別することは、発酵によるメタン以外のメタンが含まれる場合には、正確ではないという問題がある。

本発明は、試料ガス中に存在し得る都市ガス及びＬＰＧの各組成の濃度を求めなくても、その組成比の関係から、試料ガス中のガス種を識別するガス種の識別方法を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、さらに都市ガス及びＬＰＧ中の各組成の濃度を求めることで、より簡単に試料ガス中のガス種を識別すると共に、存在するガス種ごとの濃度も算出するガス種の識別方法を提供することにある。

本発明の第１の実施形態のガス種の識別方法は、試料ガス中の都市ガス、ＬＰＧ、及び自然発生メタンのガス種を識別する方法であって、前記試料ガス中の都市ガス成分としてのエタンの有無を判断する第１のステップと、前記試料ガス中のＬＰＧの有無を判断する第２のステップと、前記第１のステップで都市ガスを含む場合に、前記試料ガス中の自然発生メタンの有無を判断する第３のステップと、を有している。

本発明の第２の実施形態のガス種の識別方法は、前記エタンの有無を判断するステップの前に、前記試料ガス中に存在し得る都市ガスのエタン濃度ｘ₁とプロパン濃度ｙ₁、及び前記試料ガス中に存在し得るＬＰＧのエタン濃度ｘ₂とプロパン濃度ｙ₂を、それぞれ求めるステップを有していることが好ましい。ガス種の識別がより容易になるからである。

本発明の実施形態によれば、都市ガス及びＬＰＧの各組成の組成比が一定であることに基づいて、各組成の有無を判断しているので、都市ガス及びＬＰＧの各組成の濃度を算出しなくても、ガス種の識別をすることができる。また、ガス種ごとの濃度の計算と併用することにより、さらに簡単にガス種の識別をすることができる。

本発明の第１の実施形態のガス種を識別する方法の一例を示すフローチャートである。 図１の変形例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態のガス種を識別する方法のフローチャートである。 図１の変形例を示すフローチャートである。

次に、本発明の第１の実施形態のガス種の識別方法が図面を参照しながら説明される。一実施形態のガス種の識別方法は、図１にその一例のフローチャートが示されるように、試料ガス中の都市ガスの成分としてのエタンの有無を判断する第１のステップ（Ｓ２３）と、試料ガス中のＬＰＧの有無を判断する第２のステップ（Ｓ２４）と、第１のステップで都市ガスを含む場合に、試料ガス中の自然発生メタンの有無を判断する第３のステップ（Ｓ２５）と、を有している。

すなわち、本発明者は、都市ガスやＬＰＧはその生産地により組成比が異なることはあるが、
（ａ）同じ生産地の原料と同一条件で製造される都市ガスやＬＰＧのメタン、エタン、プロパンの組成比は常に一定であること、
（ｂ）ＬＰＧ中のエタンとプロパン組成比が一定で、家庭用及び業務用のＬＰＧでは、プロパンの含有率は９５％以上でその含有率βはほぼ一定であり、プロパンとエタン比は一定で、ＬＰＧ中にはメタンを含まないこと、
（ｃ）自然発生メタンには、発酵によって生じるメタン、その他のメタンが含まれるが、エタン、プロパンは殆ど含んでいないこと、
（ｄ）都市ガスにはメタン、エタン、プロパンの他に、雑ガスが含まれているが、その雑ガスの含有率αは、常に一定であること（ほぼ２％程度）、
という一定の規則があることに本発明者は注目し、この知見に基づいて本発明を完成した。なお、試料ガスの測定場所における都市ガスやＬＰＧの産地が分からず、その組成比が分らない場合には、その測定場所の近傍で取り扱われている都市ガスやＬＰＧのガスを測定分析することで、それぞれの組成比は簡単に分る。

試料ガス中のエタン濃度ｘ、プロパン濃度ｙ、メタン濃度ｚは、例えばそのガスのみに感応するガスセンサを用いたエタン濃度検出器、プロパン濃度検出器、メタン濃度検出器などにより測定され得る。一方、都市ガス中のエタン濃度をｘ₁、プロパン濃度をｙ₁、メタン濃度をｚ₁、ＬＰＧ中のエタン濃度をｘ₂、プロパン濃度をｙ₂、自然発生メタンのメタン濃度をｚ₃とすると、前述の（ａ）の知見から、次式（１）〜（３）が得られる。
ｘ₁／ｙ₁＝ａ（一定） （１）
ｘ₂／ｙ₂＝ｂ（一定） （２）
ｘ₁／ｚ₁＝ｃ（一定） （３）

一方、前述の知見（ｂ）〜（ｄ）から、次式（４）〜（６）が得られる。
エタン濃度ｘ＝ｘ₁＋ｘ₂ （４）
プロパン濃度ｙ＝ｙ₁＋ｙ₂ （５）
メタン濃度ｚ＝ｚ₁＋ｚ₃ （６）

前述の各式で、ｘ₁、ｘ₂、ｙ₁、ｙ₂、ｚ₁、ｚ₃は、仮に設定された濃度であるが、これらは、上記６個の式から既知の値ａ、ｂ、ｃと測定値ｘ、ｙ、ｚを用いて表され得る。すなわち、式（１）〜（６）の連立方程式を解いて、
ｘ₁＝ａ（ｂｙ−ｘ）／（ｂ−ａ） （７）
ｘ₂＝ｂ（ｘ−ａｙ）／（ｂ−ａ） （８）
ｙ₁＝（ｂｙ−ｘ）／（ｂ−ａ） （９）
ｙ₂＝（ｘ−ａｙ）／（ｂ−ａ） （１０）
ｚ₁＝ａ（ｂｙ−ｘ）／｛ｃ（ｂ−ａ）｝ （１１）
ｚ₃＝ｚ−ａ（ｂｙ−ｘ）／｛ｃ（ｂ−ａ）｝ （１２）
と全て既知の値ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚを用いて表される。

一方、前述のように、都市ガスやＬＰＧは、その産地により異なる組成を有している。そして、ＬＰＧでは、エタン濃度が非常に小さく、ＬＰＧ中のエタンを無視し得る程度の場合もある。その場合には式（４）でｘ₂が０になるので、ｘ₁＝ｘ （７’）
になる。その結果、前述の式（１）は、
ｘ₁／ｙ₁＝ａがｘ／ｙ₁＝ａになる。すなわち、ｙ₁＝ｘ／ａ （９’）
また、式（５）のｙ＝ｙ₁＋ｙ₂より、ｙ₂＝ｙ−ｘ／ａ （１０’）
さらに、式（３）のｘ₁／ｚ₁＝ｃから、ｚ₁＝ｘ／ｃ （１１’）
また、式（６）から、ｚ₃＝ｚ−ｚ₁＝ｚ−ｘ／ｃ （１２’）
になる。従って、これらの関係を用いれば、各ガスの組成の濃度を求めることなく、ガス種の識別がなされる。その例が図１を参照して後述される。

また、例えば都市ガスやＬＰＧが存在する場合、その都市ガス及びＬＰＧ内のエタン、プロパン、メタンの組成の濃度が、一定値ａ、ｂ、ｃと、測定値ｘ、ｙ、ｚで表される。一方、測定誤差と区別するため、測定された各ガスの組成に基づく都市ガスやＬＰＧの濃度が一定の規定値以上である場合にその都市ガスやＬＰＧが存在するという判断をする必要がある。これらの都市ガスやＬＰＧが存在するか否かの判断は、例えば測定装置や測定方法、識別方法を使用するユーザの保有する安全に関する規定などに基づいて決められる。そのときの濃度が規定値として設定される。例えば都市ガスの検出として判断され得る最低限の都市ガスの濃度が規定値ｓとして設定され、ＬＰＧの最低限の濃度が規定値ｔとして設定され、自然発生メタンの最低限の濃度が規定値ｐとして設定される。それぞれのガスの濃度がこれらの規定値以上であるか否かが調べられ、その規定値以上であれば、そのガスが試料ガス中に存在すると判定され得る。

一方、例えば都市ガスの組成は、前述の（ｄ）に示される組成であり、それぞれの割合も分っている。例えば都市ガス中のエタンの濃度は、都市ガスの６％程度であることが分っている。そのため、都市ガスの最低限の規定値ｓに代えて、都市ガスのエタンの最低限の濃度が規定値として設定され得る。従って、エタンの濃度ｘ₁（ＬＰＧのエタン濃度を殆ど無視できる場合はｘ）により都市ガスの有無を判断することができる。具体的には、都市ガスの最低限の濃度ｓは、都市ガス中のエタンの濃度０.０６ｓ＝ｑがエタンの最低限の規定値とされ得る。要するに、エタンの濃度ｘ₁（ＬＰＧのエタン濃度を殆ど無視できる場合はｘ）で都市ガスの存在の有無が判断され得る。

ＬＰＧについても同様で、ＬＰＧ中のプロパン濃度が９５％以上の含有率βが一定であることが分っており（工業用のＬＰＧでは異なる場合があるが、通常の場合は家庭用または業務用のＬＰＧになる）、ＬＰＧの最低限の規定値の濃度ｔを、例えばＬＰＧ中のプロパン濃度ｙ₂（＝βｙ）の最低限の規定値ｒ＝βｔ（０.９５≦β＜１）として、ＬＰＧ中のプロパンの濃度ｙ₂が規定値ｒ以上であるか否かによって、ＬＰＧの存在の有無が判定され得る。すなわち、ｙ₂が規定値ｒ以上であるかによって、ＬＰＧの存在の有無が判定され得る。

この場合、測定されたプロパン濃度ｙが試料ガス中に存在し得る都市ガスのプロパン濃度よりも大きいことが前提になる。従って、まず、ｘ₁／ｙ＜ｘ₁／ｙ₁＝ａであることが調べられる必要がある。この際、ｘ₁／ｙ＜ｘ／ｙ＝（ｘ₁＋ｘ₂）／（ｙ₁＋ｙ₂）＜ｘ１／ｙ１＝ａが成立する。従って、ＬＰＧ中にエタンが含まれる場合でも、前述のｘ₁／ｙ＜ａに代えて、ｘ／ｙ＜ａで判断することもできる。すなわち、算出されたエタン濃度ｘ₁とプロパン濃度ｙの比（ｘ₁／ｙ）がａよりも小さければ、都市ガスを構成するエタンの濃度ｘ₁と釣り合うプロパンの濃度ｙ₁よりも測定されたプロパンの濃度が大きいことになり、都市ガス以外のプロパンが存在することになる。その上で、都市ガス以外のプロパンの濃度が規定値ｒ以上であるか否かが判定されることにより、ＬＰＧの存在の有無が判定され得る。この場合も、ＬＰＧのエタン濃度を殆ど無視できる場合はｘで判断される。

また、自然発生メタンの濃度は、自然発生メタン中のメタン濃度ｚ₃が、そのまま自然発生メタンの濃度Ｃｍになる。そのため、Ｃｍの最低限の規定値は、自然発生メタン中のメタン濃度ｚ₃の最低限の規定値と等しく、その値をｐと設定することができる。この自然発生メタンの存在の有無の場合も前述のプロパンの場合と同様に、まず、測定されたメタンの濃度ｚが、都市ガス中のメタンの濃度よりも大きいか否かが調べられる。その後に、都市ガス以外のメタンの濃度が前述の一定の規定値ｐ以上であるか否かが調べられる。都市ガスを構成するメタン以外のメタンがあるか否かを調べるには、計算されたエタンの濃度ｘ₁とメタンの濃度ｚとの比（ｘ₁／ｚ）がｘ₁／ｚ₁＝ｃより小さいか否かで調べられる。プロパンの場合と同様に、メタンの濃度ｚの測定値が、都市ガスを構成するエタンの濃度ｘ₁に対応するメタンの濃度ｚ₁よりも大きければ、都市ガス以外のメタンが存在することになるからである。その後で、都市ガス以外のメタン濃度ｚ₃が規定値ｐ以上であるか否かが調べられる。測定されたエタンの濃度ｘではなく、計算されたエタンの濃度ｘ₁で調べられるのは、高濃度のＬＰＧ中が試料に含まれる場合xにはエタン濃度x₂が含まれるからである。ＬＰＧ中のエタン濃度が殆ど０の場合には、測定されたエタン濃度ｘが用いられ得る。

この観点で、まず、ＬＰＧ中のエタン濃度が殆ど０の場合を例にとり、ガス種を分別する方法が図１を参照しながら説明される。

まず、試料ガス中のエタンの濃度ｘ、プロパンの濃度ｙ、及びメタンの濃度ｚが各ガスの検出器によって測定される（Ｓ２１）。この際に、メタンの濃度ｚも測定されると、後に自然発生メタンの濃度を求める際に都合がよい。しかし、この時点では必須ではないが、この実施形態では、メタンの濃度ｚも測定している。また、エタンなどの濃度は、前述のように、各ガスのみに感応するガスセンサを用いたエタン濃度検出器、プロパン濃度検出器、メタン濃度検出器などにより測定され得る。

次に、測定されたメタン濃度ｚが規定値ｐ以上であるか否かが調べられる（Ｓ２２）。この規定値ｐは、自然発生メタンが存在すると判断される最低限の濃度である。前述の式（６）より、ｚ＝ｚ₁＋ｚ₃、すなわちメタン濃度ｚの測定値は、都市ガス中のメタン濃度ｚ₁と自然発生メタン中のメタン濃度ｚ₃との和である。従って、ステップＳ２２でｚ≧ｐであれば、試料ガスは、少なくとも都市ガス又は自然発生メタンを含んでいる可能性が高いことを示している。このステップＳ２２で、ｚ＜ｐであれば、試料ガスは、都市ガスも自然発生メタンも含んでいないことを示している。この規定値ｐは、自然発生メタンが存在すると判定され得る最低限の濃度であるが、都市ガスのメタン濃度は非常に大きい(都市ガス濃度の８０％以上)であるため、いずれかの存在を確認するのに、自然発生メタンの最低限の値でその存在の有無が判断されている。

ステップＳ２２でＹ（イエス）の場合には、都市ガスの存在を都市ガス中のエタン濃度ｘ₁＝ｘが規定値ｑ以上であるかで調べられる（Ｓ２３）。ＬＰＧ中のエタン濃度はほぼ０と見做しているからである。この規定値ｑは、前述のように、都市ガスが存在すると判断し得る最低限の濃度に対応する都市ガス中のエタン濃度の最低限の値に設定されている。従って、このステップＳ２３でＹの場合には、都市ガスが存在すると判定される。

ステップＳ２３で都市ガスが存在することが判明すれば、ＬＰＧが存在するか否かが調べられる（Ｓ２４）。この判断は、前述のように、測定されたプロパンの濃度ｙが都市ガス中のプロパン濃度ｙ₁よりも大きく、かつ、その差が規定値ｒ以上あるか否かで調べられる。従って、ｘ／ｙ＜ｘ₁／ｙ₁＝ａであるか、及びＬＰＧ中のプロパン濃度ｙ₂が規定値ｒ以上であるか否かにより行われる。ｙ₂＝ｙ−ｙ₁＝ｙ−ｘ₁／ａであり、ｘ₁＝ｘにより、ｙ＞ｘ／ａであるか否か、及びｙ−ｘ／ａがｒ以上であるか否かが調べられる。

ステップＳ２４で、ＬＰＧの存在が確認されたら（Ｓ２４でＹ）、自然発生メタンが存在するか否かが判断される（Ｓ２５）。すなわち、前述のように、測定されたメタンの濃度ｚが都市ガス中のメタン濃度ｚ₁よりも大きく、かつ、その差が規定値ｐ以上あるか否かで調べられる。従って、ＬＰＧ中のエタン濃度を無視しているので、ｘ／ｚ＜ｘ₁／ｚ₁＝ｃであるか、及び自然発生メタンのメタン濃度ｚ₃＝ｚ−ｚ₁＝ｚ−ｘ／ｃが、自然発生メタンの存在を確認できる最低限を示す規定値ｐ以上であるかが調べられる。すなわち、ｚ＞ｘ／ｃであるか否か、及びｚ₃の値がｐ以上であるか否かは直ちに判断され得る。ステップＳ２２で、メタン濃度ｚが規定値ｐ以上であるか否かが調べられているが、このメタンの濃度ｚは都市ガスのメタンを含んでいる可能性がある。そのため、都市ガス中のメタン濃度ｚ₁を差し引いたメタン濃度ｚ₃が規定値ｐ以上であるかが調べられている。

しかし、後述の図３に示される実施形態のように、各ガスの組成が計算される場合には、前述のステップＳ２１の後で、その自然発生ガスのメタン濃度ｚ₃が規定値ｐ以上であるか否かが調べられてもよい。このｚ₃も、前述の式（１２）により既知の値のみで表される。この時点で、自然発生メタンガスの存在の有無が検出されれば、後述されるステップＳ２８などの自然発生メタンの有無を調べるステップが省略され得る。しかし、その自然発生メタンの有無の判断の結果、自然発生メタンがない場合には、エタン濃度ｘ₁≧ｑか、及びプロパン濃度ｙ₂≧ｒか、の判断がされる必要がある。

以上の各ステップ（Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５）での判断で、全てＹであれば、試料ガスは、都市ガス、ＬＰＧ、及び自然発生メタンの全てに由来する混合ガスであることを示している。

ステップＳ２２で、メタン濃度ｚの測定値が規定値ｐ未満である場合（Ｓ２２のＮ（ノー）の場合）には、都市ガスも自然発生メタンも存在しないことになる。そして、試料ガス中のプロパン濃度ｙ（測定値）が、ＬＰＧ中のプロパン濃度の最低限の規定値ｒ以上であるかが調べられる（Ｓ２６）。ここで、試料ガス中のプロパンの濃度の測定値がＬＰＧ中のプロパンの最低限の規定値ｒと比較されている。これは、ステップＳ２２で都市ガスが無いと判断されているので、都市ガス中のプロパン濃度ｙ₁は０となり、ｙ＝ｙ₂になるからである。

ステップＳ２６の判断で、Ｙの場合には、試料ガスはＬＰＧのみを含むことになり、試料ガスがＬＰＧに由来するガスを含んでいるとわかる。また、ステップＳ２６でＮの場合には都市ガス、ＬＰＧ、及び自然発生メタンのいずれのガスも含んでいないと判断されることになり、試料ガスは、大気として無視できると判定される。

次に、ステップＳ２３でＮの場合、都市ガスが存在しないことになる。その場合、プロパンの濃度ｙ（測定値）が規定値ｒ以上であるか否かが判断される（Ｓ２７）。この場合も、ステップＳ２６の場合と同じ理由によって、測定されたプロパンの濃度ｙの測定値が規定値ｒと比較されている。その理由は、前述のステップＳ２６の説明と同じである。

ステップＳ２７で、プロパンの濃度ｙが規定値ｒ以上である場合（Ｓ２７でＹの場合）には、自然発生メタンの存在はステップＳ２２で既に確認されているが、都市ガスの存在とは判定されない場合でも、都市ガスの若干のメタン（基準値未満のメタン）が含まれ得る。従って、ｘ／ｚ＜ｘ₁／ｚ₁＝ｃであるか、及び自然発生メタンのメタン濃度ｚ₃＝ｚ−ｚ₁＝ｚ−ｘ／ｃ≧ｐであるかが調べられる（Ｓ２８）。自然発生メタンの存在が確認（Ｓ２８でＹ）されれば、その試料ガスは、ＬＰＧと自然発生メタンに由来するガスの混合ガスを含んでいることを示し、試料ガスはＬＰＧと自然発生メタンの混合ガスを含むと判定される。ステップＳ２８でＮの場合には、試料ガスはＬＰＧのみに由来するガスを含むと判定される。

ステップＳ２７で、ｙがｒ未満である場合（Ｓ２７でＮの場合）には、前述と同様に、自然発生メタンの存在の有無が確認され（Ｓ２９）、自然発生メタンの存在が確認されれば（Ｓ２９でＹの場合）、自然発生メタンのみの存在となり、試料ガス中には自然発生メタンに由来するガスだけを含むと判定される。ステップＳ２９で自然発生メタンの存在が確認されない（Ｓ２９でＮの場合）には、大気として無視できると判定される。

ステップＳ２４において、ｙ＞ｘ／ａ、又は、ｙ₂がｒ未満である場合（Ｓ２４でＮの場合）、すなわちＬＰＧが含まれていない場合には、ステップＳ３０に進み、ｘ／ｙ＜ａで、かつ、ｚ₃＝ｚ−ｘ／ｃが規定値ｐ以上であるか否かが調べられる（Ｓ３０）。この場合も、前述のステップＳ２８の場合と同様にｚ₃≧ｐが調べられる。ｚ₃が規定値ｐ以上である場合（Ｓ２８でＹの場合）には、この試料ガス中には、都市ガスに由来するガスと自然発生メタンに由来するガスとが含まれていることになる。すなわち、この試料ガスは、都市ガスと自然発生メタンに由来するガスを含む旨の判定がなされる。また、ステップＳ３０で、ｘ／ｙ＜ａ、又はｚ₃＝ｚ−ｘ／ｃが規定値ｐ未満である場合（Ｓ３０でＮの場合）には、この試料ガスは都市ガスに由来するガスのみを含む旨の判定がなされる。

ステップＳ２５で自然発生メタンが含まれない場合（Ｓ２５でＮの場合）には、この試料ガスには、都市ガスに由来するガスとＬＰＧに由来するガスとを含む旨の判定がなされる。

以上の図１に示される実施形態では、各ガスの組成ごとの濃度、及び都市ガス、ＬＰＧ、自然発生メタンのガス種ごとの濃度のいずれもが分らない場合でも、既知のそれらの組成比の関係と、測定されるエタン、プロパン、及びメタンの濃度に基づいて、試料ガスが、どのガス種に由来するガスを含んでいるかの分別が、容易になされ得る。

図２は、図１に示されるフローの変形例を示すフローチャートである。すなわち、図２に示される例は、図１のＬＰＧの存在の有無の判断（Ｓ２４）と自然発生メタンの存在の有無の判断（Ｓ２５）の順番を変えたフローチャートである。この変更に伴い、ステップＳ３０の内容も変っている。

すなわち、ステップＳ２３までは、前述の図１に示される例と同じであり、その説明は省略される。ステップＳ２３でｘ≧ｑである場合（Ｓ２３でＹの場合）には、自然発生メタンの存在の有無が判断される（Ｓ３１）。この判断は、図１のステップＳ２５と同様に行われるので、その説明は省略される。

ステップＳ３１で、自然発生メタンが含まれている場合（ステップ３１Ｙの場合）には、ステップＳ３２に進み、ＬＰＧが存在するか否かが判断される（Ｓ３２）。このＬＰＧの存在の有無の判断も、前述のステップＳ２４と同じであるので、その説明は省略される。そして、このステップＳ３１およびＳ３２で共にＹの場合には、ステップＳ２３で判断された都市ガスの存在に加えて、自然発生メタンもＬＰＧも含むことになり、図１の場合と同様に、試料ガスは、都市ガス、ＬＰＧ、及び自然発生メタンのいずれにも由来するガスを含む混合ガスであることが分り、その旨が判定される。

ステップＳ３１で、自然発生メタンが含まれない場合（Ｓ３１でＮの場合）には、ステップＳ３３に進み、ＬＰＧが存在するか否かが判断される（Ｓ３３）。このＬＰＧの存在の有無の判断も、前述の図１のステップＳ２４と同様に行われるので、その説明は省略される。ＬＰＧが含まれる場合（Ｓ３３でＹの場合）には、試料ガスは、都市ガスとＬＰＧにそれぞれ由来するガスの混合物を含むことになり、その旨が判定される。ステップＳ３３で、ＬＰＧが含まれないと判断された場合（Ｓ３３でＮの場合）には、自然発生メタンもＬＰＧも含まれないことになるので、試料ガスは都市ガスに由来するガスのみを含むことになり、その旨が判定される。

その他のステップは、図１に示される場合と同じであり、同じステップのところには同じステップ番号を付してその説明が省略される。

図１および図２に示される例は、各ガス種およびそのガス種の組成の濃度を一切求めないで、ガス種の混合状態の識別が行われた。しかし、前述のように、ガス種ごとの各組成の濃度は、それぞれ前述の式（７）〜（１２）により求められる。また、これらの組成の濃度が求まれば、又はこれらの値を仲介して、ガス種ごとの都市ガス、ＬＰＧ、自然発生メタンのそれぞれの濃度も次式（１３）〜（１５）のように求められる。
都市ガス濃度Ｃｔ＝（ｘ₁＋ｙ₁＋ｚ₁）／（１−α）
＝ｘ₁（１＋１／ａ＋１／ｃ）／（１−α） （１３）
ＬＰＧ濃度Ｃｐ＝ｙ₂／β＝（ｘ−ａｙ）／｛β（ｂ−ａ）｝ （１４）
自然発生メタン濃度Ｃｍ＝ｚ₃＝ｚ−ａ（ｂｙ−ｘ）／｛ｃ（ｂ−ａ）｝ （１５）

従って、これらの濃度を計算して得られる濃度が、前述の図１〜２に示されるフローチャートに適度に盛り込まれることにより、より一層正確なガス種の識別がなされると共に、そのガス種ごとに、どのガスがどの程度の濃度で含まれているかも表示され得る。すなわち、ＬＰＧのエタン濃度が０でない場合でも、正確にガス種の分類及びそれぞれの濃度が求められ得る。その例が図３のフローチャートを参照しながら説明される。

まず、ステップＳ１は、前述の図１の場合のステップＳ２１と同じであるので、その説明は省略される。

次に、都市ガスが存在する場合の、都市ガス中のエタン濃度をｘ₁、プロパン濃度をｙ₁、ＬＰＧが存在する場合の、ＬＰＧ中のエタン濃度をｘ₂、プロパン濃度をｙ₂として、前述の式（１）〜（６）に基づいて、前述の式（７）〜（１０）のように、ｘ₁、ｘ₂、ｙ₁、ｙ₂が計算によって求められる（Ｓ２）。この算出は、マイコンなどを用いて計算され得る。

その後、自然発生メタンの濃度ｚ₃が求められる（Ｓ３）。なお、ステップＳ１でメタン濃度が測定されていない場合には、このステップＳ３でメタン濃度ｚが測定される。このｚ₁及びｚ₃も、前述の式（１）〜（６）に基づいて計算され得る。この自然発生メタンの濃度ｚ₃は、ｚ₃＝ｚ−ｚ₁で、式（６）によって、ｚ₃＝ｚ−ｘ₁／ｃで求められる（Ｓ３）。前述の式（１２）のｚ₃＝ｚ−ａ（ｂｙ−ｘ）／｛ｃ（ｂ−ａ）によっても求められる。しかし、ステップＳ２でｘ₁が求められるので、そのｘ₁を使用した方が簡単に求められる。

次に、メタン濃度ｚの測定値が規定値ｐ以上であるか否かが判断される（Ｓ４）。このステップは、前述の図１に示される例のステップＳ２２と同じであるので、その説明は省略される。

その後、試料ガス中に含まれ得る都市ガスのエタン濃度が規定値ｑ以上であるか否かが判断される(Ｓ５）。このステップも前述の図１のＳ２３と同じであるので、その詳細な説明は省略される。

ステップＳ５で、都市ガスが含まれている場合(Ｓ５でＹの場合)には、その都市ガスの濃度ＣｔがＣｔ＝（ｘ₁＋ｙ₁＋ｚ₁）／（１−α）の式で、ｚ₁＝ｘ₁／ｃを用いて計算される（Ｓ６）。勿論、前述の式（１３）を用いて求められてもよい。ｘ₁、ｙ₁はステップＳ２で求められているからである。ここでαは、前述のように、都市ガス中に存在し得るその他のガスの割合で、その他のガスの種類の詳細はエタン、プロパン、メタン以外のガスであることを除いては不明であるが、前述のように、このその他のガスは、都市ガス中に含まれる割合が常に一定で、例えば２％程度であることが分っている。このその他のガスを除いた部分（１−α）での濃度は、（ｘ₁＋ｙ₁＋ｚ₁）であるので、都市ガス全体としての濃度Ｃｔは、Ｃｔ＝ｘ₁（１＋１／ａ＋１／ｃ）／（１−α）で求められる。

次に、ＬＰＧの存在の有無の判断が行われる(Ｓ７)が、このステップも前述の図１におけるステップＳ２４と同様であるので、詳細な説明は省略される。

ステップＳ７でＹであれば、ＬＰＧが存在することになるので、その濃度ＣｐがＣｐ＝ｙ₂／β＝によって求められる（Ｓ８）。このＣｐも、ｙ₂が求められているので、簡単に得られるが、前述の式（１４）に示されるＣｐ＝（ｘ−ａｙ）／｛β（ｂ−ａ）｝で求められてもよい。しかし、ｙ₂の値が既に式（１０）により求められているので、その値を用いることによって、簡単にＬＰＧの濃度が求められる。

その後、自然発生メタンの存在の有無が判断される（Ｓ９）。このステップも、前述の図１に示される例のステップＳ２５と同じであるので、その詳細な説明は省略される。

その後、自然発生メタンの存在が判定されたら(Ｓ９でＹの場合）、その濃度Ｃｍが、Ｃｍ＝ｚ₃＝ｚ−ｘ₁／ｃによって求められる（Ｓ１０）。前述の式（１５）に示されるＣｍ＝ｚ−ａ（ｂｙ−ｘ）／｛ｃ（ｂ−ａ）｝の計算で求められてもよいが、ｚ及びｘ₁が既に求まっているので、Ｃｍ＝ｚ−ｘ₁／ｃを用いた方が簡単である。

以上の各ステップＳ５、Ｓ７、Ｓ９での判断で、全てＹであれば、試料ガスが、都市ガス、ＬＰＧ及び自然発生メタンの全てに由来するガスであることが判定される。しかも、その試料ガス中の都市ガスの濃度Ｃｔ、ＬＰＧの濃度Ｃｐ、及び自然発生メタンの濃度Ｃｍが求まる。

ステップＳ４、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９の判断で、Ｎの場合には、前述の図１のステップＳ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５でＮの場合と同じであり、その後のフローも同じであるため、説明は省略される。なお、図３では、ステップＳ４、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９の判断で、Ｎの場合のフローで、ＬＰＧや自然発生メタンの存在が判定された場合には、前述の例と同様に各ガスの濃度が求められる。そうすることにより、ガス種の分類と共にその分類に含まれるガス種ごとの濃度も同様に表示され得る。しかし、図３ではその計算のステップが省略されている。

図３に示される例では、ステップＳ３で、自然発生メタンの濃度ｚ₃が求められているので、その後のエタンの有無を判断するステップＳ５の前のステップで自然発生メタンの存在の有無が簡単に調べられる。すなわち、この時点でステップＳ９と同様の自然発生メタンの有無の判断がなされ得る。そうすることにより、図３に示されるステップＳ１３などの自然発生メタンの有無を調べるステップが省略され得る。しかし、自然発生メタンの有無の判断の結果、自然発生メタンがない場合には、都市ガスのエタン濃度ｘ₁≧ｑであるか、及びＬＰＧのプロパン濃度ｙ₂≧ｒであるか、の判断がされる必要がある。

また、図３に示される実施形態では、例えば都市ガスやＬＰＧが存在すると判定し得る最低限の濃度である規定値以上であることを確認するのに、例えば都市ガスでは、都市ガスの組成であるエタンｘ₁の濃度が、その規定値ｑ以上であるか否かで判断された。また、ＬＰＧの場合には、その組成であるプロパンの濃度ｙ₂が、その最低限の規定値ｒ以上か否かで判断された。しかし、本実施形態では、都市ガスの濃度ＣｔやＬＰＧの濃度Ｃｐが求められるので、先にこの値を計算して、都市ガスやＬＰＧの計算された濃度が、直接都市ガスの濃度が規定値ｓ以上か否か、ＬＰＧの濃度が規定値ｔ以上か否かの判断がなされてもよい。そして、それぞれが規定値以上あれば、計算された濃度でそのガスが前述の試料ガス中に存在すると判定され得る。

この図３に示される例でも、都市ガスの存在の有無、ＬＰＧの存在の有無、及び自然発生メタンの存在の有無の判断（Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９）の順番はこの例に限定されるものではない。その順番は適宜、前後に変換され得る。

以上のように、本実施形態によれば、前述の（ａ）〜（ｄ）という基本的な事実に基づいて、これらの関係と共に、簡単に測定され得るエタン、プロパン、メタンの測定値に基づいて、都市ガスの成分ごとの濃度、及びＬＰＧ中の成分ごとの濃度が求められている。そのため、各組成が存在するか否かの判断が簡単に行われ得る。そして、各ガス種それぞれの濃度も簡単に求められる。その結果、測定雰囲気下で検出されるガス種が何であるかが、簡単に表示され得ると共に、必要であれば、そのガス種ごとの濃度も簡単に表示され得る。

前述の図１および図２に示される例では、各ガスの濃度及びその組成の濃度を求めなくても、ガス種を区分けすることができた。しかし、図３に示される例のように、各ガスの組成の濃度を求めることにより、より一層簡単にガス種を分析することができると共に、各ガスの濃度も求められる。従って、図２に対応するフローチャートで、各ガスの濃度も測定されたフローチャートの例が図４に示されている。なお、図４に示される例では、図２のステップＳ２７に対応するステップＳ４９に続くフロー（Ｙ及びＮの場合）において、自然発生メタンの存在の有無を判断するステップが省略されている。これは、ステップＳ４２で測定されたメタン濃度ｚがｐ以上であることが確認されており、ステップＳ４３で都市ガスは存在しないことも確認されており、自然発生メタン以外のメタンは殆ど存在しないと仮定し得ることに基づいている。しかし、厳密には、図２に示されるように、再度自然発生メタンの有無が判断されることが好ましい。

まず、前述の各例と同様に、エタン濃度ｘ、プロパン濃度ｙ、及びメタン濃度ｚが測定される（Ｓ４１）。この測定方法は前述の例と同じである。

次に、前述の式に基づき、各ガスの組成ｘ₁、ｙ₁、ｘ₂、ｙ₂が算出される（Ｓ４１ａ）。そして、メタン濃度ｚの測定値が規定値ｐ以上であるか否かが調べられる（Ｓ４２）。次いで、

メタン濃度が規定値ｐ以上（Ｓ４２でＹ）であれば、エタン濃度ｘが規定値ｑ以上であるかが調べられる（Ｓ４３）。前述の例では、都市ガスのエタン濃度ｘ₁がｑ以上であるかが調べられたが、この例では、ｘ₂が０であり、ｘ₁＝ｘであるので、エタン濃度ｘの測定値で判定されている。その意味は前述の例と同じであるので、説明は省略される。

続いて、自然発生メタンの存在の有無が判断される。すなわち、図２のステップＳ３１と同様に、ｘ／ｚ＜ｃか否かと、メタン濃度（ｚ−ｘ／ｃ）が規定値ｐ以上であるか否かが調べられる（Ｓ４４）。さらに、ＬＰＧの存在の有無が調べられる（Ｓ４５）。このＬＰＧの存在の有無の判断も、前述の図２のステップＳ３２と同様に行われる。これらのステップも、都市ガスのエタン濃度ｘ₁ではなく、エタン濃度の測定値ｘで調べられていることを除いて、前述の例と同じであるので、詳細な説明は省略される。

ステップＳ４３、Ｓ４４、Ｓ４５で全てＹの場合は、都市ガスの濃度Ｃｔ、ＬＰＧの濃度Ｃｐ、自然発生メタンの濃度Ｃｍが、それぞれ次式で計算される。
Ｃｔ＝（ｘ₁＋ｙ₁＋ｚ₁）／（１−α）
＝ｘ（１＋１／ａ＋１／ｃ）／（１−α） （１３’）
Ｃｐ＝ｙ₂／β＝（ｙ−ｘ／ａ）／β （１４’）
Ｃｍ＝ｚ₃＝ｚ−ｘ／ｃ （１５’）
すなわち、これらの濃度は、全てエタン、プロパン、メタンの濃度の測定値と一定値のみで求められる。換言すると、各ガス種の組成比を求めなくても、３種類のガスの測定値のみで、ガス種の識別及びそのそれぞれのガス種の濃度が求められる。

前述のステップＳ４２でＮの場合、ステップＳ４７に進み、プロパン濃度ｙが規定値ｒ以上であるか否かが判断され（Ｓ４７）、規定値ｒ以上であれば、プロパン濃度Ｃｐが求められる（Ｓ４８）。この流れも前述の例と同じであり、詳細な説明は省略される。

また、ステップＳ４３、Ｓ４４でＮの場合も、前述の図２の例と同じであり、ステップＳ４９、Ｓ５２に進み、図２のＳ２７、Ｓ３３に対応している。また、この図４に示されるフローチャートでは、ステップＳ４９、Ｓ５２の後及びステップＳ４５でＮの場合に、それぞれ存在するガスの濃度の算出が行われている（Ｓ５０、Ｓ５３、Ｓ５１、Ｓ５４、Ｓ５５）が行われている。なお、各ステップの判断は、ｘ₁がｘになっている以外は、図３に示される例と同じであるので、詳細な説明は省略される。さらに、各ガスの濃度も、前述の式（１３’）〜（１５’）により計算される。

以上のように、この実施形態によれば、エタン、プロパン、メタンの濃度が調べられるだけで、非常に簡単な計算で、含まれるガス種の識別がなされ、それぞれのガスの濃度、Ｃｔ、Ｃｐ、Ｃｍも簡単に求められる。

上記実施形態における識別方法は、エタン濃度検出器と、プロパン濃度検出器と、演算手段（回路）とを備える、測定装置で実現できる。当該測定装置には、さらにメタン検出器を備えてもよい。また当該測定装置には、表示手段を設け、判定結果（いずれのガスが含まれるかや、各ガスの濃度）を表示するようにしてもよい。

Claims (4)

1. 試料ガス中の都市ガス、ＬＰＧ、及び自然発生メタンのガス種を識別する方法であって、
   前記試料ガス中の都市ガス成分としてのエタンの有無を判断する第１のステップと、
   前記試料ガス中のＬＰＧの有無を判断する第２のステップと、
   前記第１のステップで都市ガスを含む場合に、前記試料ガス中の自然発生メタンの有無を判断する第３のステップと、
   を有するガス種の識別方法。
2. 前記エタンの有無を判断するステップの前に、前記試料ガス中に存在し得る都市ガスのエタン濃度ｘ₁と、プロパン濃度ｙ₁、及び前記試料ガス中に存在し得るＬＰＧのエタン濃度ｘ₂とプロパン濃度ｙ₂をそれぞれ求めるステップを有する請求項１記載のガス種の識別方法。
3. エタンの有無を判断するステップの前に、自然発生メタンの有無を判断するステップを含む請求項１又は２記載のガス種識別方法。
4. 前記試料ガス中に存在し得る都市ガスのエタン濃度ｘ₁とプロパン濃度ｙ₁及び前記試料ガス中に存在し得るＬＧＰのエタン濃度ｘ₂とプロパン濃度ｙ₂を用いて、都市ガスの有無、ＬＰＧの有無、及び自然発生メタンの有無を判定する請求項２又は３記載のガス種の識別方法。

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