JP2023028497A - Calorimeter - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書が開示する技術は、ガスの熱量計に関する。 The technology disclosed in this specification relates to gas calorimeters.
特許文献1には、複数の炭化水素ガスを含むガス混合物の有効組成を決定する方法が開示されている。また、決定されたガスの有効組成から天然ガスの発熱量を決定することが開示されている。 US Pat. No. 6,201,401 discloses a method for determining the effective composition of a gas mixture containing multiple hydrocarbon gases. Also disclosed is the determination of the calorific value of natural gas from the determined effective composition of the gas.
特許文献1に記載の技術では、ガス混合物の有効組成を決定しなければ発熱量を決定することができない。しかしながら、有効組成を決定するための装置や処理は複雑になる。また、有効組成を正確に決定できないこともある。そこで本明細書では、組成が異なる様々なガスについてガスの熱量を簡潔な構成で精度良く計測することができる技術を提供する。
With the technique described in
本明細書に開示する熱量計は、計測対象のガス中を伝播する音波の速度を計測する第1計測処理と、前記ガスの熱伝導率を計測する第2計測処理と、を実行する処理部を備えており、前記処理部は、前記第1計測処理によって計測される音波の速度と、前記第2計測処理によって計測される熱伝導率とに基づいて前記ガスの単位体積あたりの熱量を算出する。 The calorimeter disclosed in the present specification is a processing unit that performs a first measurement process of measuring the velocity of a sound wave propagating in a gas to be measured, and a second measurement process of measuring the thermal conductivity of the gas. wherein the processing unit calculates the heat amount per unit volume of the gas based on the speed of the sound wave measured by the first measurement process and the thermal conductivity measured by the second measurement process do.
この構成によれば、様々なガスで組成が異なっていても、それに応じて、ガス中を伝播する音波の速度とガスの熱伝導率とを計測し、それらに基づいてガスの単位体積あたりの熱量を算出することができる。したがって、組成が異なる様々なガスについてガスの熱量を簡潔な構成で精度良く計測することができる。 According to this configuration, even if various gases have different compositions, the velocity of the sound wave propagating in the gas and the thermal conductivity of the gas are measured accordingly, and based on these, the per unit volume of the gas Calories can be calculated. Therefore, the calorific value of various gases having different compositions can be accurately measured with a simple configuration.
前記処理部は、前記第2計測処理によって計測される熱伝導率に応じた所定の関数に、前記第1計測処理によって計測される音波の速度を代入することにより、前記ガスの単位体積あたりの熱量を算出してもよい。この構成によれば、所定の関数にガス中を伝播する音波の速度を代入するだけでガスの熱量を精度良く計測することができる。 The processing unit substitutes the speed of the sound wave measured by the first measurement process into a predetermined function according to the thermal conductivity measured by the second measurement process, thereby obtaining Calories may be calculated. According to this configuration, the calorie of the gas can be accurately measured simply by substituting the speed of the sound wave propagating in the gas into the predetermined function.
熱量計は、複数の熱伝導率に応じた複数の前記関数を記憶している記憶部を備えていてもよい。前記処理部は、前記第2計測処理によって計測される熱伝導率に応じて、前記記憶部に記憶されている複数の前記関数から所定の前記関数を特定し、特定した前記関数に前記第1計測処理によって計測される音波の速度を代入することにより、前記ガスの単位体積あたりの熱量を算出してもよい。この構成によれば、複数の関数からガスの熱伝導率に応じた関数を特定することにより、ガスの熱量を精度良く計測することができる。 The calorimeter may include a storage unit that stores a plurality of functions corresponding to a plurality of thermal conductivities. The processing unit specifies the predetermined function from the plurality of functions stored in the storage unit according to the thermal conductivity measured by the second measurement process, and assigns the specified function to the first The amount of heat per unit volume of the gas may be calculated by substituting the velocity of the sound wave measured by the measurement process. According to this configuration, by specifying a function according to the thermal conductivity of the gas from a plurality of functions, it is possible to accurately measure the calorie of the gas.
前記関数は、ガスの組成に基づいて算出される熱伝導率に応じて設定されてもよい。この構成によれば、組成が異なる様々なガスの熱量を精度良く計測することができる。 The function may be set according to the thermal conductivity calculated based on the composition of the gas. According to this configuration, it is possible to accurately measure the calorie of various gases having different compositions.
実施例の熱量計2について図面を参照して説明する。図1は、実施例の熱量計を模式的に示す図である。図1に示すように、実施例の熱量計2は、第1計測ユニット4と第2計測ユニット6を備えている。熱量計2は、ガス管300に取付けられており、ガス管300内を流れるガスの熱量を計測する。ガス管300は、例えば、ガス供給元(例えばガス会社)からガス供給先(例えば一般ユーザ)に供給されるガスが流れるパイプラインの一部である。ガス管300の軸方向(長手方向)に沿ってガスが流れる。
A
第1計測ユニット4について説明する。第1計測ユニット4は、第1超音波センサ10と、第2超音波センサ12と、温度センサ14と、圧力センサ16とを備えている。また、第1計測ユニット4は、表示部20と、操作部22と、処理部24と、記憶部26と、電源28とを備えている。
The
図2に示すように、第1超音波センサ10と第2超音波センサ12は、ガス管300に取付けられており、ガス管300の管軸を介して互いに向かい合うように配置されている。第1超音波センサ10は、第2超音波センサ12よりもガスの流れ方向の上流側に配置されており、概してガスの流れ方向の下流側を向くように配置されている。第1超音波センサ10は、第2超音波センサ12に向けて超音波を発信する。第1超音波センサ10から発信された超音波は、ガス管300内を流れるガス中を伝播して、第2超音波センサ12に受信される。なお、以下では、第1超音波センサ10から第2超音波センサ12に向かう方向を「順方向」と呼ぶことがある。
As shown in FIG. 2 , the first
第2超音波センサ12は、第1超音波センサ10よりもガスの流れ方向の下流側に配置されており、概してガスの流れ方向の上流側を向くように配置されている。第2超音波センサ12は、第1超音波センサ10に向けて超音波を発信する。第2超音波センサ12から発信された超音波は、ガス管300内を流れるガス中を伝播して、第1超音波センサ10に受信される。なお、以下では、第2超音波センサ12から第1超音波センサ10に向かう方向を「逆方向」と呼ぶことがある。
The second
次に、ガス管300内を流れるガス中を伝播する超音波(音波の一例)の速度を算出する方法について説明する。なお、以下では、ガス中を伝播する超音波の速度を「ガス中の音速」と呼ぶことがある。上記の第1計測ユニット4では、第1超音波センサ10から発信された超音波を第2超音波センサ12が受信すると、処理部24が、第1超音波センサ10から第2超音波センサ12に伝わる超音波の伝播時間T1(s)を算出する。順方向の伝播時間T1は、例えば、第1超音波センサ10が超音波を発信した時刻と、第2超音波センサ12が超音波を受信した時刻とに基づいて算出される。
Next, a method for calculating the velocity of ultrasonic waves (an example of sound waves) propagating in the gas flowing through the
また、上記の第1計測ユニット4では、第2超音波センサ12から発信された超音波を第1超音波センサ10が受信すると、処理部24が、第2超音波センサ12から第1超音波センサ10に伝わる超音波の伝播時間T2(s)を算出する。逆方向の伝播時間T2は、例えば、第2超音波センサ12が超音波を発信した時刻と、第1超音波センサ10が超音波を受信した時刻とに基づいて算出される。
Further, in the above-described
続いて、処理部24は、例えば、下記の演算式(1)によりガス管300内のガス中を伝播する超音波の速度C(m/s)を算出する。下記の演算式(1)において、L(m)は、第1超音波センサ10と第2超音波センサ12の間の距離である。T(s)は、第1超音波センサ10と第2超音波センサ12の間の超音波の伝播時間であり、T=(順方向の伝播時間T1+逆方向の伝播時間T2)/2である。Aは、所定の補正係数である。
なお、処理部24は、上記のT1、T2、L、及び、図2に示す角度θに基づいて、ガス管300内を流れるガスの流速を算出してもよい。図2に示す角度θは、ガス管300の軸方向と、第1超音波センサ10と第2超音波センサ12が向かい合う方向とのなす角度である。また、処理部24は、算出したガスの流速に基づいてガスの流量を算出してもよい。熱量計2は、ガスの流速計及びガスの流量計としても機能する。ガスの流速及びガスの流量を算出する方法については既に知られているので詳細な説明は省略する。
Note that the
第1計測ユニット4(図1参照)の温度センサ14及び圧力センサ16は、ガス管300に取付けられており、ガス管300の軸方向(長手方向)において第1超音波センサ10と第2超音波センサ12の間に配置されている。温度センサ14は、ガス管300内のガスの温度を検出する。圧力センサ16は、ガス管300内のガスの圧力を検出する。
The
表示部20は、例えば、液晶画面であり、熱量計2に関する様々な情報を表示する。表示部20は、例えば、熱量計2が計測するガスの熱量を表示する。操作部22は、例えば、ボタンであり、熱量計2に関する様々な操作を受け付ける。電源28は、例えば、市販の乾電池である。変形例では、電源28は、交流の商用電源であってもよい。
The
処理部24は、例えば、CPUを備えており、プログラムに基づいて所定の処理を実行する。例えば、処理部24は、所定の関数に基づいてガス管300内を流れるガスの熱量を算出する。記憶部26は、例えば、ROMとRAMを備えており、熱量計2に関する様々な情報を記憶する。
The
次に、第2計測ユニット6について説明する。第2計測ユニット6は、第1計測ユニット4と有線接続されている。第2計測ユニット6の情報が第1計測ユニット4に送信される。第2計測ユニット6は、第1計測ユニット4よりもガスの流れ方向の下流側に配置されている。第2計測ユニット6は、ガス管300に取付けられている熱式センサ30を備えている。
Next, the
図3に示すように、熱式センサ30は、第1固定抵抗61と、第2固定抵抗62と、第3固定抵抗63と、発熱抵抗64と、差動増幅器65と、電源回路66とを備えている。第1固定抵抗61と第2固定抵抗62は、直列で接続されている。また、第3固定抵抗63と発熱抵抗64が、直列で接続されている。更に、第1固定抵抗61と第2固定抵抗62を含む直列回路と、第3固定抵抗63と発熱抵抗64を含む直列回路とが、並列で接続されている。第1固定抵抗61、第2固定抵抗62、第3固定抵抗63、及び、発熱抵抗64によりブリッジ回路が構成されている。
As shown in FIG. 3, the
差動増幅器65は、第1固定抵抗61と第2固定抵抗62の間のb点と、第3固定抵抗63と発熱抵抗64の間のc点とに接続されている。差動増幅器65は、b点とc点との電位差を増幅して電源回路66に出力する。電源回路66は、第1固定抵抗61と第3固定抵抗63の間のa点と、第2固定抵抗62と発熱抵抗64の間のd点とに接続されており、a点とd点との間に電圧を印加する。電源回路66は、b点の電位とC点の電位が等しくなるように、a点とd点の間に印加する電圧を調整する。
The
次に、ガス管300内のガスの熱伝導率を算出する方法について説明する。上記の熱量計2では、第2計測ユニット6の熱式センサ30の情報が第1計測ユニット4に送信される。第1計測ユニット4の処理部24は、第2計測ユニット6から受信する熱式センサ30の情報に基づいてガスの熱伝導率を算出する。処理部24は、例えば、下記の演算式(2)-(5)によりガスの熱伝導率K(W/m・K)を算出する。下記の演算式(2)-(5)において、H(W/m・K)は、熱式センサ30における発熱抵抗64の放熱係数である。βは、発熱抵抗64の放熱係数とガスの熱伝導率との所定の補正係数である。Pwは、発熱抵抗64に印加される電力である。Twは、発熱抵抗64の発熱温度である。Taは、計測対象のガスの温度であり、温度センサ14によって検出される。Vwは、発熱抵抗64に印加される電圧である。Rwは、発熱抵抗64の抵抗値である。Tstは、標準温度(例えば、20℃)である。Rstは、標準温度Tstにおける発熱抵抗64の抵抗値である。αは、発熱抵抗64の材料(例えば、白金)の温度係数である。Iwは、発熱抵抗64に流れる電流である(Iwは一定であると仮定することができる。)。処理部24は、熱式センサ30の電源回路66によって発熱抵抗64に印加される電力Pwを計測することにより放熱係数Hを計測することができる。処理部24は、放熱係数Hを計測することによりガスの熱伝導率Kを計測することができる。
次に、第1計測ユニット4の記憶部26に記憶されている情報について説明する。記憶部26には、図4に示すように、計測されるガスの熱伝導率に応じた複数の区間(例えば、区間D1-D7)の情報が記憶されている。ガスの熱伝導率と、それに応じた区間との関係は、例えば、グラフ及び/又はテーブルの形態で記憶部26に記憶されている。処理部24は、ガス管300内のガスの熱伝導率Kを計測すると、図4に示すグラフ及び/又はテーブルに基づいて、複数の区間から計測した熱伝導率Kに応じた区間(例えば、区間D1)を特定する。
Next, information stored in the
また、記憶部26には、図5に示すように、各区間(図4参照)に応じた一次関数F(y=ax+b)が記憶されている。各区間に応じた一次関数Fは、例えば、グラフ、数式、及び、テーブルの少なくとも1つの形態で記憶部26に記憶されている。図5に示す一次関数Fは、計測対象のガス中の音速と、ガスの単位体積あたりの熱量との関係を示している。記憶部26には、図4に示す複数の区間のそれぞれについて、区間に応じた一次関数Fが記憶されている。図5に示す一次関数Fは、例えば、図4に示す区間D1に応じた関数である。処理部24は、図4に示す複数の区間から計測したガスの熱伝導率Kに応じた区間(例えば、区間D1)を特定すると、記憶部26に記憶されている複数の一次関数Fから、特定した区間(例えば、区間D1)に応じた一次関数Fを特定する。処理部24は、特定した一次関数Fに基づいて、計測対象のガスの単位体積あたりの熱量を算出する。処理部24は、特定した一次関数Fに計測対象のガス中の音速を代入することにより、計測対象のガスの単位体積あたりの熱量を算出する。なお、以下では、ガスの単位体積あたりの熱量を「ガスの熱量」と呼ぶことがある。
In addition, as shown in FIG. 5, the
次に、記憶部26に記憶されている情報を導出する方法について説明する。まず、計測対象のガスに含まれる複数の成分のモル分率について説明する。図6は、ガスが複数の成分(例えば、CH4、C2H6、C3H8等)を含む混合ガスであると想定する場合に、その混合ガスに含まれる複数の成分のモル分率の一例を示している。計測対象の混合ガスは、図6に示すモル分率の範囲で複数の成分を含んでいる。例えば、ある混合ガスG1は、モル分率において、CH4を96mol%、C2H6を2mol%、C3H8を1mol%、C4H10を0mol%、N2を0mol%、CO2を1mol%、含んでいる。また、別の混合ガスG2は、モル分率において、例えば、CH4を94mol%、C2H6を0mol%、C3H8を3mol%、C4H10を0mol%、N2を1mol%、CO2を2mol%、含んでいる。なお、本明細書では、メタン(CH4)のモル分率が100mol%である場合も混合ガスとする。
Next, a method for deriving information stored in the
図6に示すモル分率の範囲で1mol%刻みでモル分率を変える場合、複数の成分のモル分率の組み合わせは、1593通りになる。即ち、図6に示すモル分率の範囲で1593通りの組成の混合ガスが想定される。上記のG1、G2の混合ガスの組成の他に、G3からG1593までの混合ガスの組成が想定される。 When the mole fraction is changed in increments of 1 mol % within the mole fraction range shown in FIG. 6, there are 1593 possible combinations of the mole fractions of the components. That is, mixed gases with 1593 different compositions are assumed within the range of mole fractions shown in FIG. In addition to the composition of the mixed gas of G1 and G2 described above, the composition of the mixed gas from G3 to G1593 is assumed.
次に、ガスの熱伝導率について、既知の理論から算出される値について説明する。図7は、ガスが単一の成分(例えば、CH4)からなる単一ガスであると想定する場合に、その単一ガスの熱伝導率の一例を示している。図7に示す単一ガスの熱伝導率は既に知られている。単一ガスの熱伝導率は、例えば、Chapman-Enskogの分子運動論に基づく演算式に基づいて算出されてもよい。また、単一ガスの熱伝導率K0(W/m・K)は、例えば、下記の演算式(6)に基づいて算出されてもよい。下記の演算式(6)において、b1、b2、b3、b4は、所定の近似係数である。例えば、単一ガスの成分がメタン(CH4)である場合、近似係数b1は-6.62E-3であり、b2は1.19E-4であり、b3は5.64E-8である。なお、メタンの場合は、b4は設定されない。Taは、単一ガスの温度(K)である。
また、ガスが複数の成分(例えば、CH4、C2H6、C3H8等)を含む混合ガスであると想定する場合に、その混合ガスの熱伝導率Kx(W/m・K)は、例えば、Lindsay-Bromleyの理論に基づく下記の演算式(7)-(9)と、図7に示す単一ガスの熱伝導率とに基づいて算出される。下記の演算式(7)-(9)において、Xi、Xjは、それぞれ、図7に示すNo.i、jの成分のモル分率(mol%)である。ηi、ηjは、それぞれ、No.i、jの成分の粘性係数(Pa・s)である。Li、Ljは、それぞれ、No.i、jの成分の分子量(kg/kmol)である。また、Sは、サザーランド定数であり、Tgは、混合ガスの温度(K)である。nは、図7に示す例では6である。混合ガスの熱伝導率Kxは、演算式(7)-(9)と図7に示す熱伝導率とに基づいて算出される理論値である。なお、理論値の熱伝導率Kxを算出する方法は特に限定されない。
次に、ガス中の音速について、既知の理論から算出される値について説明する。図8は、ガスが単一の成分(例えば、CH4)からなる単一ガスであると想定する場合に、その単一ガス中の音速の一例を示している。図8に示す単一ガス中の音速は既に知られている。 Next, regarding the speed of sound in gas, values calculated from known theory will be described. FIG. 8 shows an example of the speed of sound in a single gas, assuming that the gas is a single gas consisting of a single component (eg, CH 4 ). The speed of sound in a single gas, shown in Figure 8, is already known.
また、ガスが複数の成分(例えば、CH4、C2H6、C3H8等)を含む混合ガスであると想定する場合に、その混合ガス中の音速Cx(m/s)は、例えば、下記の演算式(10)と、図8に示す単一ガス中の音速とに基づいて算出される。下記の演算式(10)において、Ciは、図8に示すNo.iの成分の単一ガス中の音速である。Miは、混合ガスに含まれる図8に示すNo.iの成分のモル分率である。nは、図8に示す例では6である。混合ガス中の音速Cxは、演算式(10)と図8に示す音速とに基づいて算出される理論値である。なお、理論値の音速Cxを算出する方法は特に限定されない。
次に、ガスの単位体積あたりの熱量について、既知の理論から算出される値について説明する。図9は、ガスが単一の成分(例えば、CH4)からなる単一ガスであると想定する場合に、その単一ガスの単位体積あたりの熱量の一例を示している。図9に示す単一ガスの単位体積あたりの熱量は既に知られている。 Next, a value calculated from a known theory for the amount of heat per unit volume of gas will be described. FIG. 9 shows an example of the amount of heat per unit volume of a single gas, assuming that the gas is a single gas consisting of a single component (eg, CH 4 ). The amount of heat per unit volume of the single gas shown in FIG. 9 is already known.
また、ガスが複数の成分(例えば、CH4、C2H6、C3H8等)を含む混合ガスであると想定する場合に、その混合ガスの単位体積あたりの熱量Qx(MJ/m3)は、例えば、下記の演算式(11)と、図9に示す単一ガスの単位体積あたりの熱量とに基づいて算出される。下記の演算式(11)において、Qiは、図9に示すNo.iの成分の単一ガスの単位体積あたりの熱量である。Miは、混合ガスに含まれる図9に示すNo.iの成分のモル分率である。nは、図9に示す例では6である。混合ガスの単位体積あたりの熱量Qxは、演算式(11)と図9に示す熱量とに基づいて算出される理論値である。理論値の熱量Qxを算出する方法は特に限定されない。なお、図9に示す熱量はガスの圧力が101.325kPaであり、ガスの温度が20℃であるときの高位発熱量である。
次に、一次関数Fを導出する方法について説明する。本明細書に開示する技術では、一次関数Fを導出するために、まず、想定される複数の組成の混合ガスの熱伝導率を小さい順に並べ替える。上述した図6に示す例では、1mol%刻みで複数の成分のモル分率を変える場合に、1593通りの組成の混合ガスが想定される。図10は、想定される1593通りの組成の混合ガスの熱伝導率(1593個の熱伝導率)を小さい順で並べたグラフである。図10のグラフは、上述した図4のグラフに対応する。 Next, a method for deriving the linear function F will be described. In the technology disclosed in the present specification, in order to derive the linear function F, first, the thermal conductivities of the mixed gases of a plurality of assumed compositions are rearranged in ascending order. In the example shown in FIG. 6 described above, mixed gases with 1593 different compositions are assumed when the mole fractions of a plurality of components are changed in increments of 1 mol %. FIG. 10 is a graph in which the thermal conductivities of mixed gases with 1593 possible compositions (1593 thermal conductivities) are arranged in ascending order. The graph in FIG. 10 corresponds to the graph in FIG. 4 described above.
次に、図10に示すグラフを複数(例えば、7つ)の区間(例えば、区間D1-D7)に区切る。各区間の広さは任意である。例えば、各区間の広さは、後述する線形近似を実行し易い広さに設定される。複数の区間のそれぞれには、複数の熱伝導率の値が含まれている。 Next, the graph shown in FIG. 10 is divided into a plurality of (eg, seven) sections (eg, sections D1-D7). The width of each section is arbitrary. For example, the width of each section is set to a width that facilitates execution of linear approximation, which will be described later. Each of the multiple intervals includes multiple thermal conductivity values.
次に、複数の区間のそれぞれについて、区間に含まれる複数の熱伝導率に対応する複数の混合ガスのガス中の音速と、ガスの熱量との関係を整理する。図11は、図10に示すグラフの区間D1における複数の混合ガスについて、混合ガス中の音速と、混合ガスの熱量との関係をプロットしたグラフである。図10に示す他の区間D2-D7についても、同様のグラフが得られる。図11のグラフは、上述した図5のグラフに対応する。 Next, for each of the plurality of sections, the relationship between the sonic velocity in the plurality of mixed gases corresponding to the plurality of thermal conductivities included in the section and the heat quantity of the gas is arranged. FIG. 11 is a graph plotting the relationship between the sonic velocity in the mixed gas and the heat quantity of the mixed gas for a plurality of mixed gases in the section D1 of the graph shown in FIG. A similar graph is obtained for the other interval D2-D7 shown in FIG. The graph of FIG. 11 corresponds to the graph of FIG. 5 described above.
次に、図11に示すグラフ(複数の混合ガスについて、混合ガス中の音速と、混合ガスの熱量との関係をプロットしたグラフ)から線形近似に基づいて一次関数F(y=ax+b)を導出する。例えば、最小二乗法に基づいて一次関数Fを導出する。図11に示す一次関数Fは、図10に示す区間D1に対応しているので、一次関数FD1と示す。また、図10に示す複数の区間D2-D7のそれぞれにおける複数の混合ガスについて、同様に線形近似に基づいて一次関数FD2-FD7を導出する。一次関数FD1-FD7は、混合ガス中の音速と、混合ガスの熱量との関係を示す関数である。なお、変形例では、二次以上の関数を導出してもよい。 Next, a linear function F (y = ax + b) is derived based on linear approximation from the graph shown in FIG. do. For example, a linear function F is derived based on the method of least squares. Since the linear function F shown in FIG. 11 corresponds to the section D1 shown in FIG. 10, it is indicated as a linear function FD1. Further, linear functions FD2-FD7 are similarly derived based on linear approximation for the plurality of mixed gases in each of the plurality of sections D2-D7 shown in FIG. The linear functions FD1-FD7 are functions indicating the relationship between the speed of sound in the mixed gas and the heat quantity of the mixed gas. Note that in a modification, a function of quadratic or higher may be derived.
第1計測ユニット4の記憶部26には、図10に示すガスの熱伝導率と複数の区間との関係が記憶される(図4参照)。また、記憶部26には、図11に示すガス中の音速と、ガスの熱量との関係が記憶される(図5参照)。処理部24は、図10-11に対応する図4-5に示す情報に基づいて計測対象の混合ガスの熱量を算出する。
The
次に、上記の熱量計2によりガス管300内を流れるガス(混合ガス)の熱量を計測する方法について説明する。上記の熱量計2では、第1超音波センサ10及び第2超音波センサ12の検出結果に基づいて、処理部24が、ガス管300内のガス中の音速を計測する第1計測処理を実行する。ガス中の音速を計測する構成については上述したので説明を省略する。また、上記の熱量計2では、熱式センサ30の検出結果に基づいて、処理部24が、ガス管300内のガスの熱伝導率を計測する第2計測処理を実行する。ガスの熱伝導率を計測する構成については上述したので説明を省略する。
Next, a method for measuring the calorie of the gas (mixed gas) flowing through the
また、処理部24は、ガス管300内のガスの熱伝導率を計測すると、記憶部26に記憶されている複数の区間(図4参照)から、計測した熱伝導率に応じた区間(例えば、区間D1)を特定する。また、処理部24は、記憶部26に記憶されている複数の一次関数Fから特定した区間(例えば、区間D1)に応じた一次関数FD1(図5参照)を特定する。そして、処理部24は、特定した一次関数FD1と計測したガス中の音速とに基づいてガスの熱量を算出する処理を実行する。処理部24は、特定した一次関数FD1に計測したガス中の音速を代入することによりガスの熱量を算出する。
In addition, when the
(試験例)
図12は、上記の熱量計2により計測される混合ガスの熱量の一例を示すテーブルである。より詳細には、図12は、組成が異なる複数のガスについて、計測対象のガス中の音速と、ガスの熱伝導率に応じた区間によって定まる一次関数と、一次関数とガス中の音速とに基づいて算出される混合ガスの熱量と、演算式(11)により算出される理論値としての混合ガスの熱量Qxと、両者の誤差とを示している。図12に示すように、試験例では、熱量計2により計測される混合ガスの熱量と、理論値としての混合ガスの熱量Qxとの誤差が概ね±1%未満であることが確認された。
(Test example)
FIG. 12 is a table showing an example of the calorie of the mixed gas measured by the
(比較例)
図13は、比較例により算出される混合ガスの熱量の一例を示すテーブルである。比較例では、測定対象のガスの熱伝導率が異なっていても単一の一次関数に基づいてガスの熱量を算出した。単一の一次関数は、1593通りの全ての組成の混合ガスについて、混合ガス中の音速と、混合ガスの熱量との関係をプロットしたグラフから線形近似に基づいて導出した。図13は、組成が異なる複数のガスについて、計測対象のガス中の音速と、ガスの熱伝導率が異なっていても単一の一次関数と、一次関数とガス中の音速とに基づいて算出される混合ガスの熱量と、演算式(11)により算出される理論値としての混合ガスの熱量Qxと、両者の誤差とを示している。図13に示すように、比較例では、単一の一次関数に基づいて算出される混合ガスの熱量と、理論値としての混合ガスの熱量Qxとの誤差が、上記の試験例の図12に示す誤差よりも大きいことが確認された。よって、本明細書に開示する熱量計2により、組成が異なる様々なガスについてガスの熱量を精度良く計測することができることが確認された。
(Comparative example)
FIG. 13 is a table showing an example of the calorie of the mixed gas calculated according to the comparative example. In the comparative example, the calorific value of the gas was calculated based on a single linear function even if the thermal conductivity of the gas to be measured was different. A single linear function was derived based on linear approximation from a graph plotting the relationship between the speed of sound in the mixed gas and the calorific value of the mixed gas for all 1593 compositions of the mixed gas. FIG. 13 shows, for a plurality of gases with different compositions, calculation based on the sound velocity in the gas to be measured, a single linear function even if the thermal conductivity of the gas is different, and the linear function and the sound velocity in the gas. , the calorie Qx of the mixed gas as a theoretical value calculated by the arithmetic expression (11), and the error between the two. As shown in FIG. 13, in the comparative example, the error between the calorie of the mixed gas calculated based on a single linear function and the calorie Qx of the mixed gas as a theoretical value is shown in FIG. It was confirmed to be larger than the error shown. Therefore, it was confirmed that the calorific value of various gases with different compositions can be accurately measured by the
以上、実施例の熱量計2について説明した。上記の説明から明らかなように、熱量計2は、計測対象の混合ガス中の音速を計測する第1計測処理と、混合ガスの熱伝導率を計測する第2計測処理と、を実行する処理部24を備えている。処理部24は、第1計測処理によって計測されるガス中の音速と、第2計測処理によって計測されるガスの熱伝導率とに基づいて、ガスの単位体積あたりの熱量を算出する処理を実行する。この構成によれば、様々なガスで組成が異なっていても(混合ガスに含まれる成分が異なっていても)、それに応じて、ガス中の音速とガスの熱伝導率とを計測し、それらに基づいてガスの熱量を算出することができる。したがって、組成が異なる様々なガスについてガスの熱量を簡潔な構成で精度良く計測することができる。
The
また、処理部24は、第2計測処理によって計測される熱伝導率に応じた所定の一次関数(例えば、FD1)に、第1計測処理によって計測されるガス中の音速を代入することにより、ガスの熱量を算出する。この構成によれば、所定の関数にガス中の音速を代入するだけでガスの熱量を精度良く計測することができる。
In addition, the
また、処理部24は、第2計測処理によって計測されるガスの熱伝導率に応じて、記憶部26に記憶されている複数の一次関数(例えば、FD1-FD7)から所定の一次関数(例えば、FD1)を特定し、特定した一次関数に第1計測処理によって計測されるガス中の音速を代入することにより、ガスの熱量を算出する。この構成によれば、複数の一次関数からガスの熱伝導率に応じた一次関数を特定することにより、ガスの熱量を精度良く計測することができる。
In addition, the
所定の一次関数(例えば、FD1-FD7)は、ガスの組成に基づいて算出される熱伝導率に応じて設定される(図4-5、図10-11参照)。この構成によれば、組成が異なる様々なガスの熱量を精度良く計測することができる。 A predetermined linear function (eg, FD1-FD7) is set according to the thermal conductivity calculated based on the gas composition (see FIGS. 4-5 and 10-11). According to this configuration, it is possible to accurately measure the calorie of various gases having different compositions.
以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されない。以下の説明において、上記の説明における構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。 An embodiment has been described above, but specific aspects are not limited to the above embodiment. In the following description, the same reference numerals are given to the same configurations as those in the above description, and the description thereof is omitted.
(変形例)
(1)図14に示すように、ガス管300は、主管302と、主管302から分岐する計測管304とを備えていてもよい。計測管304に第2計測ユニット6が取り付けられていてもよい。また、計測管304には、第1バルブ90と第2バルブ92が設けられていてもよい。第1バルブ90は、第2計測ユニット6よりもガスの流れ方向の上流側に配置されている。第2バルブ92は、第2計測ユニット6よりもガスの流れ方向の下流側に配置されている。第1バルブ90及び第2バルブ92を開弁して計測対象のガスを計測管304内に流入させ、続いて第1バルブ90及び第2バルブ92を閉弁した後に、ガスの熱伝導率を計測する。
(Modification)
(1) As shown in FIG. 14 , the
(2)熱量計2の第1計測ユニット4は、他の機器と無線通信及び/又は有線通信を実行可能な通信部(図示省略)を備えていてもよい。処理部24は、通信部を介して他の機器に情報を送信してもよい。例えば、処理部24は、計測した混合ガスの熱量の情報を他の機器に送信してもよい。また、処理部24は、通信部を介して他の機器から情報を受信してもよい。例えば、処理部24は、図4-5に示すグラフの情報を他の機器から受信してもよい。処理部24は、他の機器から受信した情報を記憶部26に記憶してもよい。
(2) The
(3)計測対象のガスの熱伝導率を計測する構成は上記の構成に限定されない。例えば、MEMS技術により熱線センサをマイクロチップで構成する方法を用いてガスの熱伝導率が計測されてもよい。熱線センサをマイクロチップで構成する方法については既に知られているので詳細な説明は省略する。また、計測対象のガス中の音速を計測する構成も特に限定されない。また、計測対象のガス中を伝播する音波は超音波に限定されない。 (3) The configuration for measuring the thermal conductivity of the gas to be measured is not limited to the configuration described above. For example, the thermal conductivity of gas may be measured using a method of forming a heat ray sensor with a microchip using MEMS technology. Since the method of forming a heat ray sensor with a microchip is already known, a detailed description thereof will be omitted. Also, the configuration for measuring the speed of sound in the gas to be measured is not particularly limited. Further, the sound waves propagating in the gas to be measured are not limited to ultrasonic waves.
(4)処理部24は、計測したガスの単位体積あたりの熱量と、ガスの流量とに基づいて、計測対象のガスの総熱量を算出してもよい。
(4) The
(5)熱量計2は、既存の流量計(例えば、超音波流量計)と組み合わされて使用されてもよい。
(5) The
(6)処理部24は、複数の処理部から構成されていてもよい。
(6) The
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 The technical elements described in this specification or in the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques exemplified in this specification or drawings can simultaneously achieve a plurality of purposes, and achieving one of them has technical utility in itself.
2:熱量計、4:第1計測ユニット、6:第2計測ユニット、10:第1超音波センサ、12:第2超音波センサ、14:温度センサ、16:圧力センサ、20:表示部、22:操作部、24:処理部、26:記憶部、28:電源、30:熱式センサ、61:第1固定抵抗、62:第2固定抵抗、63:第3固定抵抗、64:発熱抵抗、65:差動増幅器、66:電源回路、90:第1バルブ、92:第2バルブ、300:ガス管、302:主管、304:計測管
2: calorimeter, 4: first measurement unit, 6: second measurement unit, 10: first ultrasonic sensor, 12: second ultrasonic sensor, 14: temperature sensor, 16: pressure sensor, 20: display unit, 22: operation unit, 24: processing unit, 26: storage unit, 28: power supply, 30: thermal sensor, 61: first fixed resistor, 62: second fixed resistor, 63: third fixed resistor, 64: heating resistor , 65: differential amplifier, 66: power supply circuit, 90: first valve, 92: second valve, 300: gas pipe, 302: main pipe, 304: measurement pipe
Claims (4)
前記ガスの熱伝導率を計測する第2計測処理と、を実行する処理部を備えており、
前記処理部は、前記第1計測処理によって計測される音波の速度と、前記第2計測処理によって計測される熱伝導率とに基づいて前記ガスの単位体積あたりの熱量を算出する、熱量計。 a first measurement process for measuring the velocity of sound waves propagating in the gas to be measured;
a processing unit that executes a second measurement process for measuring the thermal conductivity of the gas,
The processing unit is a calorimeter that calculates the amount of heat per unit volume of the gas based on the speed of sound waves measured by the first measurement process and the thermal conductivity measured by the second measurement process.
前記処理部は、前記第2計測処理によって計測される熱伝導率に応じて、前記記憶部に記憶されている複数の前記関数から所定の前記関数を特定し、特定した前記関数に前記第1計測処理によって計測される音波の速度を代入することにより、前記ガスの単位体積あたりの熱量を算出する、請求項2に記載の熱量計。 A storage unit storing a plurality of the functions corresponding to a plurality of thermal conductivities,
The processing unit specifies the predetermined function from the plurality of functions stored in the storage unit according to the thermal conductivity measured by the second measurement process, and assigns the specified function to the first 3. The calorimeter according to claim 2, wherein the amount of heat per unit volume of said gas is calculated by substituting the velocity of sound waves measured by the measurement process.
4. The calorimeter according to claim 2, wherein said function is set according to thermal conductivity calculated based on gas composition.
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