JP4588328B2 - 発熱量算出装置及びその方法、並びに発熱量測定システム - Google Patents

Description

本発明は、発熱量算出装置及びその方法、並びに発熱量測定システムに関し、より詳細には、被検ガス中の被検物質に感応する検知素子と前記被検ガス中の被検物質に感応しない比較素子とを有する接触燃焼式ガスセンサが出力する前記検知素子と前記比較素子との熱的バランスを示すセンサ出力に基づいて、複数種類のガス成分からなる混合ガスの発熱量を算出する発熱量算出装置及びその方法、並びに、発熱量算出装置を備える発熱量測定システムに関するものである。

都市ガスの原料は、従来の石油系から長期に安定した価格で輸入できる液化天然ガス（以下、ＬＮＧという）への転換が着実に進み、全国的には都市ガス原料の大部分がＬＮＧとなっている。また、地方都市ガス事業者においてもＬＮＧへの転換が進んでいる。

ＬＮＧを都市ガスとして供給する方法は、大都市でも中小都市でも基本的には同一であり、空温式または海水加熱式等の気化器でガス化した後に、液化プロパンガス（ＬＰＧ）で約４６ＭＪ／Ｎｍ³に増熱調整して高カロリーガスとして供給している。そして、供給ガス（混合ガス）の発熱量は、ガスクロマトグラフにより混合ガス中に含まれるガス成分と濃度を測定して算出している。

ここで、ガスクロマトグラフは、適当な充填物が均一に詰まったカラム内で、ガス試料、気化した液体、固体試料をキャリアガスで展開させ、試料を化学変化させることなくガス状で通過させて各成分を分離する装置である。

一般的なガスクロマトグラフの検出器で用いられるものに、熱伝導度型（Thermal conductivity detector，ＴＣＤ）があり、気体の熱伝導の差を利用するもので、サーミスタの電気抵抗の差として検出する。特徴としては構造が単純でキャリアガス以外なら何でも検出できるが、感度が低いという欠点がある。

また、最小検出量が小さく、再現性のよい測定が可能なガスクロマトグラフが提案されている。このガスクロマトグラフによれば、容積の微小なＴＣＤを用い、さらにキャピラリーカラムの一端をＴＣＤ内に配置することにより、キャピラリーカラムとＴＣＤとの間のデッドボリュームを実質上なくすように構成することで、ＴＣＤに供給するキャリアガスと同種のガスの流量を低減し、最小検出量が小さく、再現性の良い測定を可能としている（特許文献１参照）。
特開２００２−２２８６４７号公報 （第３−４頁、第１図）

しかしながら、上述したガスクロマトグラフは装置自体が高価なため、ガスクロマトグラフで供給ガスの発熱量を測定する場合は、その測定に費用が嵩んでしまうという問題が生じていた。また、ガスクロマトグラフはキャピラリーカラム等のカラムを用いていることから、１０〜３０分ごとの不連続な測定しかできないため、発熱量の測定に時間がかかってしまうという問題も生じていた。

そこで、炭化水素系ガスに対する接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力と発熱量とは比例関係になるため、周知である接触燃焼式ガスセンサを用いて混合ガスの発熱量を、ガスクロマトグラフを用いずに簡易かつ安価な構成で連続計測することができる。ところが、水素は他のガス成分に比べ単位発熱量に対する接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力が高いため、接触燃焼式ガスセンサを用いて水素を含む混合ガスの発熱量を測定すると、その混合ガスの水素濃度に比例して誤差が大きくなる可能性があった。

よって本発明は、上述した問題点に鑑み、混合ガスの発熱量を正確に算出することができる発熱量算出装置及びその方法、並びに発熱量測定システムを提供することを課題としている。

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項１記載の発熱量算出装置は、図１の基本構成図に示すように、被検ガス中の被検物質に感応する検知素子と前記被検ガス中の被検物質に感応しない比較素子とを有する接触燃焼式ガスセンサ１０が出力する前記検知素子と前記比較素子との熱的バランスを示すセンサ出力に基づいて、複数種類のガス成分からなる所望濃度の混合ガスの発熱量を算出する発熱量算出装置であって、前記接触燃焼式ガスセンサ１０が出力した前記所望濃度の混合ガスに対応する前記センサ出力に基づいて、前記混合ガスの発熱量を算出するための発熱量算出情報を記憶する発熱量算出情報記憶手段３４ａと、通電により前記ガス成分と水素に感応する高温と前記水素のみに感応する低温とに加熱される前記接触燃焼式ガスセンサ１０が出力する前記センサ出力と水素濃度との関係を示す水素濃度情報を記憶する水素濃度情報記憶手段３４ｂと、前記高温に加熱される前記接触燃焼式ガスセンサ１０が出力した前記混合ガスに対応するセンサ出力を高温センサ出力として取り込む高温センサ出力取込手段３１ａと、前記低温に加熱される前記接触燃焼式ガスセンサ１０が出力した前記混合ガスに対応する前記センサ出力を低温センサ出力として取り込む低温センサ出力取込手段３１ｂと、前記低温センサ出力取込手段３１ｂが取り込んだ低温センサ出力と前記水素濃度情報記憶手段３４ｂが記憶している水素濃度情報とに基づいて前記混合ガス中における前記水素濃度を算出する水素濃度算出手段３１ｃと、前記水素濃度算出手段３１ｃが算出した水素濃度と前記水素濃度情報記憶手段３４ｂが記憶している水素濃度情報とに基づいて、前記高温センサ出力取込手段３１ａが取り込んだ高温センサ出力における前記水素に対応する水素センサ出力と当該水素を除いた前記混合ガスに対応する混合ガス濃度とその混合ガスセンサ出力とを算出する算出手段３１ｄと、前記算出手段３１ｄが算出した水素センサ出力に基づいて前記水素に対応する水素発熱量を算出する水素発熱量算出手段３１ｅと、前記算出手段３１ｄが算出した前記混合ガス濃度に対応するように前記発熱量算出情報記憶手段３４ａが記憶している発熱量算出情報を補正する補正手段３１ｆと、前記算出手段３１ｄが算出した混合ガスセンサ出力と前記補正手段３１ｆが補正した前記発熱量算出情報とに基づいて前記混合ガス濃度に対応する混合ガス発熱量を算出する混合ガス発熱量算出手段３１ｇと、前記水素発熱量算出手段３１ｅが算出した水素発熱量と前記混合ガス発熱量算出手段３１ｇが算出した混合ガス発熱量とに基づいて前記所望濃度の混合ガスの発熱量を示す発熱量情報を生成する発熱量情報生成手段３１ｈと、前記発熱量情報生成手段３１ｈが生成した発熱量情報を通知するために出力する発熱量情報出力手段３１ｉと、を備えることを特徴とする。

上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、請求項１に記載の発熱量算出装置において、前記水素濃度算出手段３１ｃは、前記低温センサ出力取込手段３１ｂが前記所望濃度とは異なる３００００〜７００００ｐｐｍの前記混合ガスに対応する前記低温センサ出力を取り込むと、前記所望濃度に対応するように前記混合ガス中における前記水素濃度を算出することを特徴とする。

上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、請求項１又は２に記載の発熱量算出装置において、前記高温センサ出力取込手段３１ａが取り込んだ前記複数のガス成分に対応する前記高温センサ出力の少なくとも２つの前記ガス成分に対応する前記高温センサ出力と該高温センサ出力に対応する発熱量との関係を示す算出式に基づいて前記発熱量算出情報を生成する発熱量算出情報生成手段３１ｊをさらに備え、前記発熱量算出情報記憶手段３４ａは、前記発熱量算出情報生成手段が生成した前記発熱量算出情報を記憶することを特徴とする。

上記課題を解決するためになされた請求項４記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、請求項１〜３の何れか１項に記載の発熱量算出装置において、前記高温センサ出力取込手段３１ａと前記低温センサ出力取込手段３１ｂが取り込んだ前記水素に対応する前記高温センサ出力と前記低温センサ出力とに基づいて前記水素濃度情報を生成する水素濃度情報生成手段３１ｋをさらに備え、前記水素濃度情報記憶手段３４ｂは、前記水素濃度情報生成手段３１ｋが生成した水素濃度情報を記憶することを特徴とする。

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項５記載の発熱量算出方法は、被検ガス中の被検物質に感応する検知素子と前記被検ガス中の被検物質に感応しない比較素子とを有する接触燃焼式ガスセンサ１０が出力する前記検知素子と前記比較素子との熱的バランスを示すセンサ出力に基づいて、複数種類のガス成分からなる所望濃度の混合ガスの発熱量を算出する発熱量算出方法であって、通電により前記ガス成分と水素に感応する高温に加熱された前記接触燃焼式ガスセンサ１０が出力した前記混合ガスに対応するセンサ出力を高温センサ出力として取り込む過程と、通電により前記水素のみに感応する低温とに加熱された前記接触燃焼式ガスセンサ１０が出力した前記混合ガスに対応するセンサ出力を低温センサ出力として取り込む過程と、前記取り込んだ低温センサ出力と前記高温及び前記低温に対応する前記センサ出力と前記水素濃度との関係を示す水素濃度情報とに基づいて前記混合ガス中における前記水素濃度を算出する過程と、前記算出した水素濃度と前記水素濃度情報とに基づいて、前記取り込んだ高温センサ出力における前記水素に対応する水素センサ出力と当該水素を除いた前記混合ガスに対応する混合ガス濃度とその混合ガスセンサ出力とを算出する過程と、前記算出した水素センサ出力に基づいて前記水素に対応する水素発熱量を算出する過程と、前記算出した前記混合ガス濃度に対応するように、前記接触燃焼式ガスセンサ１０が出力した前記所望濃度の混合ガスに対応する前記センサ出力に基づいて前記混合ガスの発熱量を算出するための発熱量算出情報を補正する過程と、前記算出した混合ガスセンサ出力と前記補正した発熱量算出情報とに前記混合ガス濃度に対応する混合ガス発熱量を算出する過程と、前記算出した水素発熱量と混合ガス発熱量とに基づいて前記所望濃度の混合ガスの発熱量を示す発熱量情報を生成する過程と、前記生成した発熱量情報を通知するために出力する過程と、を備えることを特徴とする。

上記課題を解決するためになされた請求項６記載の発明は、請求項５に記載の発熱量算出方法において、前記水素濃度を算出する過程は、前記所望濃度とは異なる３００００〜７００００ｐｐｍの前記混合ガスに対応する前記低温センサ出力が取り込まれると、前記所望濃度に対応するように前記混合ガス中における前記水素濃度を算出することを特徴とする。

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項７記載の発熱量測定システムは、図１の基本構成図に示すように、複数種類のガス成分からなる混合ガスの発熱量を測定する発熱量測定システムであって、被検ガス中の被検物質に感応する検知素子と前記被検ガス中の被検物質に感応しない比較素子とを有し、前記検知素子と前記比較素子との熱的バランスを示すセンサ出力を出力する接触燃焼式ガスセンサ１０と、請求項１〜４の何れか１項に記載の発熱量算出装置と、を備え、前記発熱量算出装置の前記高温センサ出力取込手段３１ａ及び前記低温センサ出力取込手段３１ｂは、前記接触燃焼式ガスセンサ１０のセンサ出力を取り込むことを特徴とする。

上記課題を解決するためになされた請求項８記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、請求項７に記載の発熱量算出システムにおいて、前記接触燃焼式ガスセンサ１０は、多孔質の焼結合金で形成しているキャップにて前記検知素子と前記比較素子を覆っていることを特徴とする。

上記課題を解決するためになされた請求項９記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、請求項７又は８に記載の発熱量算出システムにおいて、前記接触燃焼式ガスセンサ１０は、前記センサ出力の感度が少なくとも２０％低下するように予め通電したものを用いることを特徴とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１０記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、請求項７〜９の何れか１項に記載の発熱量算出システムにおいて、前記接触燃焼式ガスセンサ１０は、炭化水素系のガスを予め定められた期間に亘って接触させたものを用いることを特徴とする。

本発明の発熱量算出装置によれば、混合ガスに対応する低温センサ出力が低温センサ出力取込手段３１ｂによって取り込まれると、この低温センサ出力と水素濃度情報記憶手段３４ｂが記憶している水素濃度情報とに基づいて混合ガス中における水素濃度が水素濃度算出手段３１ｃによって算出される。そして、その水素濃度と水素濃度情報記憶手段３４ｂが記憶している水素濃度情報とに基づいて、高温センサ出力取込手段３１ａが取り込んだ高温センサ出力における水素に対応する水素センサ出力と当該水素を除いた混合ガスに対応する混合ガス濃度とその混合ガスセンサ出力とが算出手段３１ｄによって算出される。そして、その水素センサ出力に基づいて混合ガス中の水素に対応する水素発熱量が水素発熱量算出手段３１ｅによって算出される。また、算出した混合ガス濃度に対応するように発熱量算出情報記憶手段３４ａが記憶している発熱量算出情報が補正手段３１ｆによって補正され、その発熱量算出情報と算出した混合ガスセンサ出力とに基づいて水素を除いた混合ガスに対応する混合ガス発熱量が混合ガス発熱量算出手段３１ｇによって算出される。そして、算出した水素発熱量と混合ガス発熱量とに基づいて発熱量情報が発熱量情報生成手段３１ｈによって生成され、その発熱量情報が発熱量情報出力手段３１ｃによって例えば表示装置、通信装置等に出力されることで、混合ガスの発熱量が通知される。

発熱量算出装置によれば、低温センサ出力取込手段３１ｂによって所望濃度とは異なる３００００〜７００００ｐｐｍの混合ガスに対応する低温センサ出力が取り込まれると、所望濃度に対応するように前記混合ガス中における前記水素濃度が水素濃度算出手段３１ｃによって算出される。

発熱量算出装置によれば、高温センサ出力取込手段３１ａによって取り込まれた複数のガス成分に対応する高温センサ出力の中の少なくとも２つのガス成分に対応する高温センサ出力とその高温センサ出力に対応する発熱量との関係を示す算出式に基づいて発熱量算出情報が発熱量算出情報生成手段３１ｊによって生成され、その発熱量算出情報は発熱量算出情報記憶手段３４ａに記憶される。

発熱量算出装置によれば、高温センサ出力取込手段３１ａと低温センサ出力取込手段３１ｂによって取り込まれた水素に対応する高温センサ出力と低温センサ出力に基づいて水素濃度情報が水素濃度情報生成手段３１ｋによって生成されると、その水素濃度情報は水素濃度情報記憶手段３４ｂに記憶される。

また、本発明の発熱量測定システムによれば、接触燃焼式ガスセンサ１０がセンサ出力を出力すると、発熱量算出装置３０はその通電に応じて高温センサ出力若しくは低温センサ出力として取り込む。そして、取り込んだ低温センサ出力に基づいて混合ガス中における水素濃度が算出され、この水素濃度から取り込んだ混合ガスに対応する高温センサ出力における水素センサ出力と混合ガスセンサ出力と水素を除いた混合ガスの混合ガス濃度とを算出し、この混合ガス濃度に対応するように補正した発熱量情報と混合ガスセンサ出力とに基づいて算出した混合ガス発熱量する。そして、その混合ガス発熱量と水素センサ出力に基づいて算出した水素発熱量とに基づいて発熱量情報を生成する。

発熱量測定システムによれば、接触燃焼式ガスセンサの検知素子及び比較素子は焼結合金で形成されたキャップで覆われることで、そのセンサ出力は、風速、ガスの循環等の影響を受けにくくなる。

発熱量測定システムによれば、接触燃焼式ガスセンサ１０には、センサ出力の感度が少なくとも２０％低下するように予め通電されてものを用いることで、接触燃焼式ガスセンサの通電開始からの劣化し易い期間の使用が回避される。

発熱量測定システムによれば、接触燃焼式ガスセンサ１０には、炭化水素系のガスを予め定められた期間に亘って接触させたものを用いることで、接触燃焼式ガスセンサの素子に被検ガスが接触することによる感度劣化の影響が使用開始直後から回避される。

以上説明したように請求項１に記載した本発明の発熱量算出装置によれば、接触燃焼式ガスセンサが出力する所望濃度の混合ガスに対応する高温センサ出力に基づいて混合ガスの発熱量を算出するための発熱量算出情報と、高温及び低温に加熱された接触燃焼式ガスセンサが出力するセンサ出力と水素濃度との関係を示す水素濃度情報とを記憶しておき、水素のみに感応した低温センサ出力から混合ガスに含まれる水素に対応する水素濃度を算出し、その水素濃度から取り込んだ混合ガスに対応する高温センサ出力における水素センサ出力と混合ガスセンサ出力と水素を除いた混合ガスの混合ガス濃度とを算出し、この混合ガス濃度に対応するように補正した発熱量情報と混合ガスセンサ出力とに基づいて算出した混合ガス発熱量と、水素センサ出力に基づいて算出した水素発熱量とに基づいて発熱量情報を生成することから、混合ガスに水素が含まれていても接触燃焼式ガスセンサが出力したセンサ出力に基づいて正確な混合ガスの発熱量を算出することができる。従って、成分及び比率が不明で水素を含む混合ガスであっても、効果なガスクロマトグラフを用いる必要がなくなるため、その供給システムの簡単化及びコストダウンを図ることができるという効果を奏する。なお、このことは、請求項５に記載した本発明の発熱量算出方法についても同様に言える。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、実際の混合ガスに含まれる水素の量は数％程度であることから、混合ガスの濃度を３０００〜７０００ｐｐｍまで希釈した場合、その混合ガス中の水素濃度は数１０〜数１００ｐｐｍ程度となり、このような低濃度はセンサの特性上、その出力は非常に小さな値となってしまうため、所望濃度とは異なる高濃度の混合ガスに対応する低温センサ出力の取り込みを可能とすることで、混合ガスに含まれる水素の量が少ない場合でも、低温センサ出力から正確な水素濃度を算出することが可能となり、混合ガスの発熱量をより一層正確に算出することができるという効果を奏する。なお、このことは、請求項６に記載した本発明の発熱量算出方法についても同様に言える。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、少なくとも２つのガス成分に対応する高温センサ出力とその高温センサ出力に対応する発熱量との関係を示す算出式に基づいて発熱量算出情報を生成しているので、少なくとも２つのガス成分に対応する高温センサ出力を取り込むことで発熱量算出情報を生成することが可能となり、接触燃焼式ガスセンサが出力した混合ガスに対応する高温センサ出力からより正確な発熱量を算出することができるという効果を奏する。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか１項に記載の発明の効果に加え、取り込んだ高温センサ出力と低温センサ出力とに対応する水素濃度情報を生成しているので、その水素濃度情報は混合ガスを測定する接触燃焼式ガスセンサの特性に応じたものとなり、より正確に混合ガス中の水素濃度と高温センサ出力を算出することができるため、算出する混合ガスの発熱量の精度を向上させることができるという効果を奏する。

以上説明したように請求項７に記載した本発明の発熱量測定システムによれば、混合ガスに対応するセンサ出力を出力する接触燃焼式ガスセンサと、その出力した混合ガスに対応するセンサ出力と発熱量算出情報と水素濃度情報とに基づいて混合ガス中の水素濃度に応じた水素発熱量と水素を除いた混合ガスに応じた混合ガス発熱量を算出する発熱量算出装置と、を備えて発熱量測定システムを構成しているので、成分及び比率が不明で水素を含む混合ガスであっても、その発熱量を容易かつ迅速に測定することができる。従って、供給ガスの発熱量を測定する際に、高価なガスクロマトグラフを用いる必要がなくなるため、その供給システムの簡単化及びコストダウンを図ることができるという効果を奏する。

請求項８に記載の発明によれば、請求項７に記載の発明の効果に加え、焼結合金でキャップを形成することで、接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力は、風速、ガスの循環等の影響を受けにくくなるので、センサ出力のバラツキが小さくなり、その精度を向上させることができる。従って、接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力の精度を向上させているため、そのセンサ出力からより正確な発熱量を算出することができるという効果を奏する。

請求項９に記載の発明によれば、請求項７又は８に記載の発明の効果に加え、接触燃焼式ガスセンサは通電開始から例えば５日程度が最も劣化し易いが、予め所定期間（例えば５日間以上など）に亘って通電し、その感度が２０％程度劣化させたもの用いるので、最初から正確なセンサ出力を得ることができる。従って、使用開始時から正確なセンサ出力を得ることが可能となり、接触燃焼式ガスセンサの劣化の影響を受けることなく、そのセンサ出力からより正確な発熱量を算出することができるという効果を奏する。

請求項１０に記載の発明によれば、請求項７〜９の何れか１項に記載の発明の効果に加え、接触燃焼式ガスセンサの通電開始に応じて素子に被検ガスが接触すると、使用開始から最初の２日間で感度が大きく劣化するが、その後ある程度のカーボン吸着によりセンサ出力が安定するため、メタンガスなどの炭化水素系のガスの中で予め定められた期間通電した接触燃焼式ガスセンサを用いることで、使用開始によりセンサ出力の劣化が発生することを防止することができる。従って、使用開始時しても接触燃焼式ガスセンサが出力するセンサ出力は劣化しないので、そのセンサ出力からより正確な発熱量を算出することができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る発熱量算出装置を適用した発熱量測定システムの最良の形態の一例を、図２〜図１６の図面を参照して説明する。

ここで、図２は本発明の発熱量測定システムの概略構成の一例を示す構成図であり、図３は接触燃焼式ガスセンサの一例を説明するための図であり、図４は図３の検知素子の構成の一例を説明するための図であり、図５は焼結合金キャップと従来の網キャップに対するセンサエアベース出力と経過時間の関係を示すグラフであり、図６は電圧印加後のセンサ出力と経過時間の関係を示すグラフであり、図７はメタンガス中で通電したときのセンサ出力と経過時間の関係を示すグラフであり、図８は本発明に係る発熱量算出装置の概略構成を示す構成図であり、図９は混合ガスを構成する成分のセンサ出力とセンサ温度との関係を示すグラフであり、図１０は各ガス成分のセンサ出力と発熱量との関係を示すグラフであり、図１１はメタンガスとプロパンガスとに基づいた発熱量算出式を示すグラフであり、図１２は高温、低温に対応するセンサ出力と水素濃度との関係を示すグラフであり、図１３は図８のＣＰＵが実行する処理概要の一部を示すフローチャートであり、図１４は図８のＣＰＵが実行する処理概要の他の一部を示すフローチャートであり、図１５は図１３中のセンサ出力測定処理の一例を示すフローチャートであり、図１６はセンサ出力の測定方法の一例を説明するために図である。

発熱量測定システムは、図２に示すように、混合ガスである供給ガスを収容する容器１と、該容器１に接続している流路２と、該流路２に介在して混合ガスを被検ガスに希釈する（例えば、１〜５％ガス）希釈部３と、該希釈部３の下流側の流路２に接続している切替コック４と、該切替コック４に接続される流路２ａに介在して前記被検ガス等が流入するチャンバー等の測定槽５と、該測定槽５内の被検ガスの濃度に応じて出力が変化する接触燃焼式ガスセンサ（以降、ガスセンサという）１０と、該ガスセンサ１０の出力に基づいて被検ガスの発熱量を算出する発熱量算出装置３０と、を有する。

また、切替コック４には、混合ガスをガス成分と成り得る、例えば、メタン、プロパン等の複数の校正用ガスが流れる成分用流路６の一方を接続しており、その他方には複数の校正用ガスの成分容器８ａ，８ｂから成分用流路６に流出させる校正用ガスを切り替える成分切替コック７を接続している。

この成分切替コック７には、メタンガスを収容する成分容器８ａと、プロパンガスを収容する成分容器８ｂと、水素を収容する水素容器８ｃを接続している。なお、図２では、２つの成分容器のみを記載しているが、その本数はこれに限定するものではなく、例えばエタン、ブタン等の他の校正用ガスを収容する成分容器を追加するなど種々異なる実施の形態とすることもできる。

切替コック４と成分切替コック７との間の成分用流路６には、成分切替コック７にて切り替えられて流入する校正用ガスの圧力を測定槽５における測定条件で示された圧力となるように調整（減圧）する圧力調整器９が介在している。そして、流路２及び成分用流路６の各々には、そこを流れる流量を計測する流量計Ｍが介在している。

また、上述した成分切替コック７にはさらに、エアーを収容するエアー容器８ｄを接続している。そして、混合ガス、校正用ガス（ガス成分）等の測定を開始する前に、作業員等が切替コック４及び成分切替コック７の切替操作を行うことで、清浄大気中のセンサ出力を計測するために、測定槽５内部にエアーを流入されてエアベース調整を行うことが可能な構成となっている。

次に、ガスセンサ１０は、例えば、通電によりガス成分と水素に感応する高温（例えば、約４００℃など）に加熱される高温用ガスセンサ１０ａと、通電により高温よりも低く、水素のみに感応する低温（例えば、約２００℃など）に加熱される低温用ガスセンサ１０ｂと、を有する。

ガスセンサ１０の各々は、図３に示すように、測定槽５内の被検ガスに感応する検知素子１１ａを有している。この検知素子１１ａは、図４に示すように、抵抗線として機能する白金線の中央部にコイル形状部１１を形成し、このコイル形状部１１を、例えば、酸化アルミニウム粉体の担体にパラジウム等の適宜の酸化触媒を含有した粉体で覆って球状に形成している。

ガスセンサ１０はさらに、温度等周囲環境による測定値への影響を排除するための比較素子１１ｂを有しており、この比較素子１１ｂは、燃焼触媒を有しない他は検知素子１１ａと同様に構成されている。これら素子の白金線は、センサ基台１４を貫通する一対のピン１２ａ、１２ｂに接続され、これら素子からの出力値は、センサ基台１４の裏面側から突出したピン１２ａ、１２ｂの先端部に接続されるリード線１６を介してセンサハウジング外へ出力される。

また、ガスセンサ１０には、検知素子１１ａ及び比較素子１１ｂが互いに干渉しないようにこれらの間に干渉防止板１３が設けられ、これらは多孔質の焼結合金で形成しているキャップ１５及びセンサ基台１４から構成されるセンサハウジング内に収納されて保護されている。

キャップ１５は、筒形状に形成されていて周壁及び頂壁を有している。そして、被検ガスが焼結合金であるキャップ１５に当たると、被検ガスが染み込むようにしてキャップ１５内部に入り込み、入り込むときの被検ガスの流速は殆どない状態になる。

そして、上述した構成において、検知素子１１ａ及び比較素子１１ｂはリード線１６、ピン１２ａ、１２ｂを介しての通電により上述した高温若しくは低温に加熱された状態で、被検ガスが検知素子１１ａに接触すると、触媒による接触燃焼反応が生じ、この反応により検知素子１１ａの温度が上昇して電気抵抗が大きくなり、接触燃焼反応を起こさない比較素子１１ｂとの抵抗バランスが崩れ、この抵抗バランスの崩れに応じてガスセンサ１０の後述する抵抗ブリッジ回路から取り出される電圧の変化が生じ、その変化に基づいて被検物質の濃度の検出が可能となる。

本発明のように焼結合金で形成したキャップ１５を用いたガスセンサ１０と、従来のように網キャップを用いた従来ガスセンサとを通常雰囲気中（エア中）で放置したとき、つまり、エアベースの測定時における各センサ出力の変動は図５に示すようになる。なお、図５では本発明のガスセンサ１０と従来ガスセンサのガス中の出力のふらつき量を測定した結果を示している（ふらつきが多いと測定誤差が大きくなる）。

ここで、図５の縦軸はセンサ出力（ｍＶ）、横軸は経過時間（秒）をそれぞれ示し、実線が焼結合金のキャップ１５を用いた本発明のガスセンサ１０、破線が従来の網キャップを用いた従来ガスセンサのセンサエアベース出力と経過時間とのそれぞれの関係を示している。

図５に示すように、ガスセンサ１０のセンサ出力は０ｍＶ付近で安定しているのに対し、従来ガスセンサのセンサ出力では０ｍＶ付近に安定していることもあるが、大半は０ｍＶから約０．５〜１ｍＶの範囲で変動している。つまり、従来ガスセンサは、そのセンサ出力は風速、ガスの循環等の影響を受けやすいが、本発明のガスセンサ１０はそれらの影響を受けにくいことが分かる。

よって、焼結合金でキャップ１５を形成することで、ガスセンサ１０のセンサ出力は風速、ガスの循環等の影響を受けにくくなるので、センサ出力のバラツキが小さくなり、その精度を向上させることができる。また、キャップ１５の内壁から検知素子１１ａ及び比較素子１１ｂまでの距離を十分に確保することで、センサ出力の精度をより一層向上させることができる。

また、メタンガスに対するガスセンサ１０のセンサ出力を電圧印加後３ヶ月間に亘って測定すると、図６の測定１〜４のグラフに示すように、ガスセンサ１０はその使用開始時にはセンサ出力が２０ｍＶ付近だったのが、約５日が経過するとそのセンサ出力は１６ｍＶまで低下する。そして、５日を過ぎるとセンサ出力の低下も小さくなり、センサ出力が安定した状態となる。このようなセンサ出力の初期低下は炭化水素系ガスの測定をする場合に発生する問題である。

本発明のガスセンサ１０は、通電開始から例えば５日程度が最も劣化し易いことから、予めガスセンサ１０を所定期間（例えば５日間以上など）に亘って通電し、その感度が２０％程度劣化させたものを本発明の発熱量測定システムに用いていることで、測定精度の向上を図っている。このようなガスセンサの初期における感度の劣化は、ガス警報器に用いる場合には問題とならないが、発熱量を測定する上では使用開始時からセンサ出力にバラツキが生じることは好ましくなく、予め通電したものを用いることで、最初から正確なセンサ出力を得ることが可能となり、そのセンサ出力に基づいて算出する発熱量の精度を向上させることができる。

また、ガスセンサ１０を警報装置に用いる場合とは異なり、発熱量測定システムに用いる場合、継続的かつ定期的にガスセンサ１０は被検ガスと接触するため、そのセンサ感度が大きく劣化することが考えられる。そこで、ガスセンサ１０を数日間に亘ってメタンガス中で通電した場合のセンサ出力と経過日数との関係は、図７の測定１〜７のグラフに示すようになる。

図７において、ガスセンサ１０はその使用開始時にはセンサ出力が１８ｍＶ付近だったのが、約２日が経過するとそのセンサ出力は１２ｍＶまで低下する。そして、使用開始から１０日が経過すると、センサ出力も１０ｍＶ付近で安定する。このガスセンサ１０の感度低下は、継続的な燃焼によって素子表面にカーボンを吸着するためであると考えられる。

よって、ガスセンサ１０は、使用開始から最初の２日間で感度が大きく劣化し、その後の変化量は減少することから、最初の２日間である程度カーボン吸着による感度劣化が落ち着き、その後は安定したセンサ出力となるため、本発明の発熱量計測システムには、予めメタンガス中で２日間通電させたガスセンサ１０を用いることで、最初から正確なセンサ出力を得ることを可能とし、そのセンサ出力に基づいて発熱量を算出することで、その精度を向上させている。

次に、上述した発熱量算出装置３０は、図８に示すように、高温用ガスセンサ１０ａと低温用ガスセンサ１０ｂのそれぞれの検知素子１１ａと比較素子１１ｂに通電を行う高温用駆動部２１ａ、低温用駆動部２１ｂと、検知素子１１ａと比較素子１１ｂとの熱的バランスを示すセンサ出力を出力する高温用出力部２２ａ、低温用出力部２２ｂと、予め定められたプログラムに従って動作するマイクロコンピュータ（μＣＯＭ）３０と、作業者等に各種入力を行わせる操作部４０と、μＣＯＭ３０から指示に応じて各種表示を行う表示部５０と、を有して構成している。

μＣＯＭ３０の出力ポートには高温用駆動部２１ａ、低温用駆動部２１ｂ、並びに表示部５０、入力ポートには高温用出力部２２ａ、低温用出力部２２ｂ、並びに操作部４０をそれぞれ接続している。そして、μＣＯＭ３０からの要求に応じて、高温用駆動部２１ａ及び低温用駆動部２１ｂの各々は高温用ガスセンサ１０ａ及び低温用ガスセンサ１０ｂの駆動／停止を制御し、表示部５０は各種表示を行う。また、μＣＯＭ３０はＡ／Ｄ変換されて高温用出力部２２ａ、低温用出力部２２ｂが出力したセンサ出力を収集し、それらのセンサ出力に基づいて混合ガスの発熱量を算出する。

μＣＯＭ３０は、周知のように、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）３１、ガスセンサ（検知素子１１ａ及び比較素子１１ｂ）１０に対する通電、停止の制御、高温用出力部２２ａ及び低温用出力部２２ｂが出力したセンサ出力の取り込み、発熱量の算出等の各種処理をＣＰＵ３１に実行させるための各種プログラム等を格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ３２、各種のデータを格納するとともにＣＰＵ３１の処理作業に必要なエリアを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ３３等を有して構成している。

また、本最良の形態では、発熱量算出装置３０のＣＰＵ３１を、特許請求の範囲に記載の低温センサ出力取込手段、高温センサ出力取込手段、水素濃度算出手段、算出手段、水素発熱量算出手段、補正手段、混合ガス発熱量算出手段、発熱量情報生成手段、発熱量情報出力手段、発熱量算出情報生成手段、並びに水素濃度情報生成手段として機能させるための各種プログラムを、ＲＯＭ３２に記憶している。

また、μＣＯＭ３０の入出力ポートには、装置本体がオフ状態の間も記憶内容の保持が可能な電気的消去／書き換え可能な読み出し専用のメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）３４を接続している。このＥＥＰＲＯＭ３４には、混合ガスの成分となり得る複数種類のガス成分に対応してガスセンサ１０が出力したセンサ出力に基づいて混合ガスの発熱量を算出するための発熱量算出情報等を記憶している。

よって、本最良の形態では、ＥＥＰＲＯＭ３４が請求項中の発熱量算出情報記憶手段に相当する。なお、発熱量算出情報記憶手段はこれに限定するものではなく、発熱量算出情報をＲＯＭ３２に記憶すれば、そのＲＯＭ３２が発熱量算出情報記憶手段となる。

次に、液化天然ガス（ＬＮＧ）の成分であるメタン、エタン、プロパン、ブタン等のガス成分と水素に対するガスセンサ１０のセンサ温度とセンサ出力との関係を、図９の図面を参照して説明する。なお、図９において、縦軸はセンサ出力（ｍＶ）、横軸はセンサ温度（℃）をそれぞれ示し、各グラフは被検物質であるメタン、エタン、プロパン、ブタン、水素の濃度が３０００ｐｐｍのときのセンサ温度とセンサ出力との関係を示している。

図９に示すように、メタンを主とした炭化水素系ガスはセンサ温度が２５０℃以下になるとセンサ出力（感度）がなくなるのに対し、水素に関しては２００℃付近でもセンサ出力（感度）が得られることが分かる。よって、本最良の形態では、高温用ガスセンサ１０ａの通電によりガス成分と水素に感応する高温を４００℃に設定し、低温用ガスセンサ１０ｂの通電により水素のみに感応する低温を２００℃に設定することで、低温用ガスセンサ１０ｂのセンサ出力は水素のみに対応した出力値となっている。

次に、供給ガスの発熱量の算出の一例について、図１０及び図１１の図面を参照して説明する。ここで、図１０及び図１１において、縦軸はセンサ出力（ｍＶ）、横軸は燃焼熱（ＭＪ／Ｎｍ³）をそれぞれ示している。

高温用ガスセンサ１０ａは、ガスの燃焼反応を利用しているため、理論的には発熱量に比例したセンサ出力が得られる。しかし、各ガス成分の濃度が３０００ｐｐｍのときに高温用ガスセンサ１０ａが出力したセンサ出力から発熱量を算出すると、図１０に示すように、液化天然ガス（ＬＮＧ）の成分であるメタン、エタン、プロパン、ブタン等のガス成分のセンサ出力と発熱量の関係は、ある程度の比例関係はあるものの近似直線Ｇ１は原点を通らず、単純にセンサ出力の単位出力が発熱量にならないことが分かる。また、水素に対しては、近似直線Ｇ１にのらないことが分かる。

そこで、ＬＮＧの主成分であるメタンと、その他のガス成分である近似直線Ｇ１に最も近い値となっているプロパンとの２種類のガス成分で校正して図１１に示す検量線Ｇ２を引くことで、この検量線を用いて一定濃度に希釈された未知のＬＮＧの発熱量を測定することができる。

つまり、濃度が３０００ｐｐｍの未知のＬＮＧに対する検量線Ｇ２は、センサ出力をＹ、発熱量をＸ、定数をａ，ｂとすると、以下の式で表すことができ、
Ｙ＝ａＸ＋ｂ …（式１）
センサ出力から発熱量を算出するための発熱量算出式は、
Ｘ＝（Ｙ−ｂ）／ａ …（式２）
となり、この式２のＹにセンサ出力を代入することで発熱量を算出することができる。

例えば、各ガス濃度が３０００ｐｐｍのときに、メタンのセンサ出力が１７．５ｍＶとすると発熱量は３９．８４ＭＪ／Ｎｍ³、プロパンのセンサ出力が２８．２ｍＶとすると発熱量は９９．２２ＭＪ／Ｎｍ³となる。そして、それらの値から検量線Ｇ２は、
Ｙ＝０．１８７３Ｘ＋９．９６１３ …（式１）’
となる。よって、ガスセンサ１０が出力した混合ガスに対応するセンサ出力が２０ｍＶの場合は、（式１）’のＹに２０を代入することで、５３．７１ＭＪ／Ｎｍ³という発熱量を算出することができる。

なお、本最良の形態では、上述した（式２）の算術式を示す算出プログラムをＲＯＭ３２に記憶しておき、その定数ａ，ｂを請求項中に記載の所望濃度に対応させて上述したＥＥＰＲＯＭ３４の発熱量算出情報に格納しておき、算出プログラムが発熱量算出情報の定数ａ，ｂを参照するようにしている。しかしながら、発熱量算出情報はこれに限定するものではなく、定数ａ，ｂも予め定められているときは、算出プログラム自体が発熱量算出情報となる。

また、通常のＬＮＧの主成分はメタンであり、メタンに対するガスセンサ１０のセンサ出力は１０００ｐｐｍで６ｍＶ弱と小さく、測定濃度が低すぎると、温度や測定上の誤差により精度が低下する。そのため、通常、ガスセンサ１０を使用する場合、１５ｍＶ前後のセンサ出力が得られるように設定しており、メタンの濃度では３０００ｐｐｍに相当する。よって、上記理由から混合ガスの発熱量を精度良く測定するためには、３０００〜７０００ｐｐｍの範囲内で前記所望濃度を設定することが好ましい。

ＥＥＰＲＯＭ３４はさらに、通電によりガス成分と水素に感応する高温に加熱される高温用ガスセンサ１０ａと水素のみに感応する低温とに加熱される低温用ガスセンサ１０ｂがそれぞれ出力するセンサ出力と水素濃度との関係を示す算出式の識別が可能な水素濃度情報を記憶している。

例えば、図１２に示す３０００ｐｐｍの水素に対する高温及び低温のセンサ出力と水素濃度との関係を示す各グラフの算出式に対応する水素算出プログラムをＲＯＭ３２に記憶しておき、水素濃度情報はそれらの算出式の定数を有する構成となっている。そして、水素濃度情報の定数は、取り込んだセンサ出力に基づいて算出しており、水素算出プログラムが水素濃度情報の定数を参照するようにしている。

以上の説明からも明らかなように、本最良の形態では、ＥＥＰＲＯＭ３４が請求項中に記載の発熱量算出情報記憶手段及び水素濃度情報記憶手段として機能している。

次に、発熱量算出装置のＣＰＵ３１が実行する本発明に係る処理概要の一例を図１３〜図１５のフローチャートを参照して以下に説明する。

ＣＰＵ３１は起動されると、図１３に示すステップＳ１１において、操作部４０からの入力データに基づいて設定要求を受けたか否かが判定される。設定要求を受けていないと判定された場合は（ステップＳ１１でＮ）、ステップＳ１８に進む。一方、設定要求を受けたと判定された場合は（ステップＳ１１でＹ）、ステップＳ１２において、メタンガスに対する高温のセンサ出力測定処理が実行され、その処理が終了するとステップＳ１３に進む。

ここで、ＣＰＵ３１が実行するセンサセンサ出力測定処理の一例を図１５のフローチャートと、図１６のセンサ出力と経過時間の関係を示すグラフを参照して以下に説明する。なお、図１６において縦軸がセンサ出力（ｍＶ）、横軸が経過時間（秒）をそれぞれ示している。

請求項中の高温センサ出力取込手段及び低温センサ出力取込手段に相当する図１５に示すセンサ出力測定処理は、測定対象が指定されて呼び出されると、指定された測定対象を示す混合ガス、メタンガス、プロパンガス、水素等の測定対象の識別が可能な識別データと、高温、低温をセンサ温度データ等がＲＡＭ３３に格納され、ステップＳ５１において、予め定められたサンプリング時間（例えば、５分など）が経過するとタイムアウトするサンプリングタイマがスタートされ、その後ステップＳ５２に進む。

ステップＳ５２において、ＲＡＭ３３のセンサ温度データに基づいて要求が高温であるか否かが判定される。高温であると判定された場合は（ステップＳ５２でＹ）、ステップＳ５３において、高温用駆動部２１ａが駆動され、その後ステップＳ５４（高温センサ出力取込手段）において、高温用出力部２２ａが出力したセンサ出力が高温センサ出力として取り込まれ、ステップＳ５５において、その高温センサ出力は上述した識別データ、センサ温度データ等に関連付けられて時系列的にＲＡＭ３３に記憶され、その後ステップＳ５６に進む。

ステップＳ５６において、サンプリングタイマがタイムアウトしたか否かが判定される。タイムアウトしていないと判定された場合は（ステップＳ５６でＮ）、ステップＳ５４に戻り、一連の処理が繰り返されることで、高温センサ出力が時系列的に収集されることになる。一方、タイムアウトしたと判定された場合は（ステップＳ５６でＹ）、ステップＳ６１に進む。

また、ステップＳ５２で高温ではない、つまり、低温であると判定された場合は（ステップＳ５２でＮ）、ステップＳ５７において、低温用駆動部２１ｂが駆動され、その後ステップＳ５８（低温センサ出力取込手段）において、低温用出力部２２ｂからセンサ出力が低温センサ出力として取り込まれ、その後ステップＳ５９において、その低温センサ出力は上述した識別データ、センサ温度データ等に関連付けられて時系列的にＲＡＭ３３に記憶され、その後ステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０において、サンプリングタイマがタイムアウトしたか否かが判定される。タイムアウトしていないと判定された場合は（ステップＳ６０でＮ）、ステップＳ５８に戻り、一連の処理が繰り返されることで、低温センサ出力が時系列的に収集されることになる。一方、タイムアウトしたと判定された場合は（ステップＳ６０でＹ）、ステップＳ６１に進む。

ステップＳ６１において、収集された複数のセンサ出力中にガスの注入開始、センサ出力の最大値等が解析され、その後ステップＳ６２において、前記解析にて検出されたガス注入時点前の約１分間に収集されたセンサ出力の平均が平均値１としてＲＡＭ３３に算出され、その後ステップＳ６３に進む。

ステップＳ６３において、前記解析にて検出されたセンサ出力の最大値以降の約１分間に収集されたセンサ出力の平均が平均値２としてＲＡＭ３３に算出され、ステップＳ６４において、平均値２と平均値１との差がセンサ出力として算出され、ステップＳ６５において、算出されたセンサ出力が上述した識別データ、センサ温度データ等に関連付けられて高温センサ出力、低温センサ出力としてＲＡＭ３３の所定領域に記憶され、その後呼び出し元に復帰する。

このようにセンサ出力測定処理を実行することで、指定した測定対象に対応する高温センサ出力若しくは低温センサ出力を収集し、その最大値が検出された以降に収集したセンサ出力の平均値を高温センサ出力若しくは低温センサ出力として算出しているので、ガスセンサ１０の特性や、微妙な雰囲気温度の違いにより出力が安定するのに差が生じても、本発明では、センサ出力の最大値以降は安定するという特性に基づいて、その安定したセンサ出力の平均値を高温センサ出力若しくは低温センサ出力とすることで、その精度を向上させている。

図１３のステップＳ１３において、他方ガスであるプロパンに対する高温のセンサ出力測定処理が実行され、その処理が終了するとステップＳ１４に進む。なお、センサ出力測定処理の測定については、その測定対象がステップＳ１２と異なるだけで、その測定についてはほぼ同一であるため、詳細な説明は省略する。そして、センサ出力測定処理が実行されることで、プロパンに対応する高温センサ出力がＲＡＭ３３の前記所定領域に記憶される。

ステップＳ１４（発熱量算出情報生成手段）において、ＲＡＭ３３の前記所定領域に記憶されたメタンガス、プロパンガスに対応する高温センサ出力に基づいてそれぞれの発熱量が算出され、それらの高温センサ出力と発熱量とに基づいて上記発熱量算出式（式２）が算出され、この発熱量算出式の定数ａ，ｂを有する発熱量算出情報が生成されてＥＥＰＲＯＭ３４に記憶され、その後ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５において、水素に対する低温のセンサ出力測定処理が実行され、その処理が終了するとステップＳ１６に進む。なお、センサ出力測定処理の測定については、その測定対象とガスセンサ１０の加熱温度がステップＳ１２と異なるだけで、その測定についてはほぼ同一であるため、詳細な説明は省略する。そして、センサ出力測定処理が実行されることで、水素に対応する低温センサ出力がＲＡＭ３３の前記所定領域に記憶される。

ステップＳ１６において、水素に対する高温のセンサ出力測定処理が実行され、その処理が終了するとステップＳ１７に進む。なお、センサ出力測定処理の測定については、その測定対象がステップＳ１２と異なるだけで、その測定についてはほぼ同一であるため、詳細な説明は省略する。そして、センサ出力測定処理が実行されることで、水素に対応する高温センサ出力がＲＡＭ３３の前記所定領域に記憶される。

ステップＳ１７（水素濃度情報生成手段）において、測定された高温センサ出力と低温センサ出力とに基づいて上述した図１２に示す高温及び低温のグラフに対応した水素関係式が算出され、その定数を有する水素濃度情報が生成されてＥＥＰＲＯＭ３４に記憶され、その後ステップＳ１８に進む。

水素関係式の算出例としては、３０００ｐｐｍの水素に対応する高温センサ出力、低温センサ出力の各々とゼロを通る高温（４００℃）、低温（２００℃）に対応するグラフを示す算出式が算出され、その定数（傾き）を有する水素濃度情報を生成している。そして、水素算出プログラムは実行されると、指定された高温センサ出力、低温センサ出力に対応する水素濃度を算出し、また、指定されたセンサ温度と水素濃度に対応するセンサ出力を算出する。

ステップＳ１８において、操作部４０からの入力データに基づいて混合ガスの測定要求を受けたか否かが判定される。測定要求を受けていないと判定された場合は（ステップＳ１８でＮ）、図１４のステップＳ３３に進む。一方、測定要求を受けたと判定された場合は（ステップＳ１８でＹ）、ステップＳ１９に進む。

ステップＳ１９において、混合ガスに対する低温のセンサ出力測定処理が実行され、その処理が終了するとステップＳ２０に進む。なお、センサ出力測定処理の測定については、その測定対象がステップＳ１２と異なるだけで、その測定についてはほぼ同一であるため、詳細な説明は省略する。そして、センサ出力測定処理が実行されることで、混合ガスに対応する低温センサ出力がＲＡＭ３３の前記所定領域に記憶される。

なお、上述したように低温に加熱された低温用ガスセンサ１０ｂには水素しか感応しないため、混合ガスに対応する低温センサ出力は、混合ガス中の水素のみに対応している。

ステップＳ２０において、混合ガスに対する高温のセンサ出力測定処理が実行され、その処理が終了するとステップＳ２１に進む。なお、センサ出力測定処理の測定については、その測定対象がステップＳ１２と異なるだけで、その測定についてはほぼ同一であるため、詳細な説明は省略する。そして、センサ出力測定処理が実行されることで、混合ガスに対応する高温センサ出力がＲＡＭ３３の前記所定領域に記憶される。

ステップＳ２１（水素濃度算出手段）において、水素のみに感応した値である混合ガスに対応する低温センサ出力が指定されて水素算出プログラムが実行されることで、その低温センサ出力に対応する濃度が算出され、その算出結果が水素濃度としてＲＡＭ３３に記憶され、その後ステップＳ２２に進む。

なお、低温にて混合ガスを測定する場合に、実際の混合ガスに含まれる水素の量は数％程度であり、混合ガスの濃度を３０００〜７０００ｐｐｍまで希釈した場合、その混合ガス中の水素濃度は数１０〜数１００ｐｐｍ程度となることから、このような低濃度はセンサの特性上、その出力は非常に小さな値となってしまうため、接触燃焼式ガスセンサ１０の場合は少なくとも５００ｐｐｍ以上の濃度でないと測定が難しい。

そこで、図１４に示すステップＳ２２において、低温時に測定した混合ガスの濃度、つまり、ＲＡＭ３３の水素濃度が５００ｐｐｍ以下であるか否かが判定される。５００ｐｐｍ以下ではないと判定された場合は（ステップＳ２２でＮ）、ステップＳ２７に進む。一方、５００ｐｐｍ以下であると判定された場合は（ステップＳ２２でＹ）、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３において、低温用ガスセンサ１０ｂにて水素に対応するセンサ出力を得るためには、例えば、高温用の約１０倍の濃度を設定して測定することが好ましいことから、所望濃度の約１０倍の濃度を設定した値が希釈濃度として設定され、該希釈濃度を示す希釈濃度情報が表示部５０に出力されることで、表示部５０に希釈濃度が表示され、その後、ステップＳ２４に進む。

このように本最良の形態では、混合ガスを低温用ガスセンサ１０ｂで測定するときに、所望濃度とは異なる濃度の指定を可能とすることで、混合ガス中の水素濃度をより正確に測定できるようにしている。

ステップＳ２４において、操作部４０からの入力データに基づいて、表示部５０に表示された希釈濃度に対する混合ガスの測定要求を受けたか否かが判定される。測定要求を受けていないと判定された場合は（ステップ２４でＮ）、この判定処理を繰り返すことで、要求を待つ。一方、測定要求を受けたと判定された場合は（ステップＳ２４でＹ）、ステップＳ２５に進む。

ステップＳ２５において、ステップＳ１９と同様に、混合ガスに対する低温のセンサ出力測定処理が実行され、その処理が終了するとステップＳ２６に進む。そして、センサ出力測定処理が実行されることで、混合ガスに対応する低温センサ出力がＲＡＭ３３の前記所定領域に記憶される。

ステップＳ２６において、ＲＡＭ３３の希釈濃度に対する低温センサ出力に対して水素算出プログラムが実行されることで、低温時の希釈濃度に対する水素希釈濃度が算出され、この水素希釈濃度は所定濃度に対する水素濃度に変換されてＲＡＭ３３に記憶され、その後ステップＳ２７に進む。なお、水素濃度の算出の一例としては、希釈濃度が３００００ｐｐｍで混合ガスを測定したときに、水素濃度が１５００ｐｐｍとすると、所望濃度が３０００ｐｐｍの場合における水素濃度は１５０ｐｐｍとなる。

ステップＳ２７（算出手段）において、算出した水素濃度とＥＥＰＲＯＭ３４の水素濃度情報（高温のグラフ）とに基づいて高温センサ出力における水素に対応する水素センサ出力が算出され、水素を除いた混合ガスの濃度を示す混合ガス濃度とその出力を示す混合ガスセンサ出力（高温センサ出力−水素センサ出力）が算出され、その後ステップＳ２８に進む。

ステップＳ２８（補正手段）において、算出した混合ガス濃度に対応するようにＥＥＰＲＯＭ３４の発熱量算出情報が補正され、その後ステップＳ２９に進む。例えば、所望濃度が３０００ｐｐｍのときに、水素を除いた混合ガス濃度が２７００ｐｐｍであったとすると、２７００ｐｐｍに対応するように発熱量算出情報を補正する。

ステップＳ２９（混合ガス発熱量算出手段）において、上記発熱量算出式（式２）のＹに算出した混合ガスセンサ出力、定数ａ，ｂに補正された発熱量算出情報の定数ａ，ｂの各々が代入されて算出されることで、水素を除いた混合ガスに対応する混合ガス発熱量が上記発熱量算出式（式２）により算出され、その後ステップＳ３０（水素発熱量算出手段）において、算出した水素センサ出力から水素に対応する水素発熱量が算出され、その後ステップＳ３１に進む。

ステップＳ３１（発熱量情報生成手段）において、算出した混合ガス発熱量と水素発熱量とその和が混合ガスの発熱量として算出され、その発熱量をＭＪ／Ｎｍ³で表示するように換算され、その発熱量を示す発熱量情報が生成されてＲＡＭ３３に記憶され、その後ステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２（発熱量情報出力手段）において、その発熱量情報が表示部５０に出力されることで、表示部５０に発熱量が表示され、その後ステップＳ３３に進む。なお、発熱量情報の出力については、装置構成に通信部を設けて送信する場合はその通信部に出力するなど種々異なる実施の形態とすることができる。

ステップＳ３３において、操作部４０からの入力データに基づいて終了要求を受けたか否かが判定される。終了要求を受けていないと判定された場合は（ステップＳ３３でＮ）、ステップＳ１１に戻り、一連の処理が繰り返される。一方、終了要求を受けたと判定された場合は（ステップＳ３３でＹ）、処理が終了される。

よって、上述した本最良の形態において発熱量算出装置３０のＣＰＵ３１は、特許請求の範囲に記載の低温センサ出力取込手段、高温センサ出力取込手段、水素濃度算出手段、算出手段、水素発熱量算出手段、補正手段、混合ガス発熱量算出手段、発熱量情報生成手段、発熱量情報出力手段、発熱量算出情報生成手段、並びに水素濃度情報生成手段として機能している。

次に、上述した本発明に係る発熱量算出装置３０を用いた発熱量測定システムの本最良の形態の動作（作用）の一例を、以下に説明する。

図２において、成分切替コック７をエアー容器８ｄに切り替え、切替コック４の切替操作が行われることで、測定槽５内部にエアーが流入させてエアベース調整が行われる。そして、成分切替コック７をメタンの成分容器８ａに切り替え、切替コック４の切替操作が行われることで、測定槽５内にガス成分としてメタンガスが注入される。

この状態で、発熱量算出装置３０の操作部４０によりメタンガスの測定開始が操作されると、発熱量算出装置３０は高温用ガスセンサ１０ａに対する通電を開始し、その高温用ガスセンサ１０ａが出力した高温センサ出力を取り込み、それをメタンガスの高温センサ出力として記憶する。

上述したエアベース調整が行われた後、成分切替コック７をプロパンガスの成分容器８ｂに切り替え、切替コック４の切替操作が行われることで、測定槽５内にガス成分としてプロパンガスが注入される。この状態で、発熱量算出装置３０の操作部４０によりプロパンガスの測定開始が操作されると、発熱量算出装置３０は高温用ガスセンサ１０ａに対する通電を開始し、その高温用ガスセンサ１０ａが出力した高温センサ出力を取り込み、それをプロパンガスの高温センサ出力として記憶する。

２つのガス成分の高温センサ出力の取り込みが終了すると、発熱量算出装置３０はメタンガスとプロパンガスに対応するセンサ出力に基づいて上記発熱量算出式（式２）を算出し、この発熱量算出式の定数ａ，ｂを有する発熱量算出情報を生成してＥＥＰＲＯＭ３４に記憶する。

次に、上述したエアベース調整が行われた後、成分切替コック７を水素容器８ｃに切り替え、切替コック４の切替操作が行われることで、測定槽５内に水素が注入される。そして、低温用ガスセンサ１０ｂへの通電に応じた低温センサ出力を取り込み、その後高温用ガスセンサ１０ａへの通電に応じた高温センサ出力を取り込む。そして、取り込んだ高温センサ出力及び低温センサ出力とに対応する水素関係式を算出し、その定数を有する水素濃度情報を生成してＥＥＰＲＯＭ３４に記憶する。

上述したエアベース調整が行われた後、切替コック４を流路２に切り替えられることで、３０００ｐｐｍに希釈された被検ガス（混合ガス）が測定槽５内に注入される。そして、操作部４０に対する操作により測定要求が発生すると、発熱量算出装置３０は低温用ガスセンサ１０ｂに対する通電を開始させ、その低温用ガスセンサ１０ｂが出力した低温センサ出力を取り込む。そして、高温用ガスセンサ１０ａに対する通電を開始させ、その高温用ガスセンサ１０ａが出力した高温センサ出力を取り込む。

取り込んだ低温センサ出力に対応する水素濃度を図１２に示す水素関係式に基づいて算出し、その水素濃度に対応する水素センサ出力を前記水素関係式から算出する。そして、所望濃度から水素濃度を差し引いて、水素を除いた混合ガスの混合ガス濃度を算出し、取り込んだ高温センサ出力から水素センサ出力を差し引いて、水素を除いた混合ガスに対応する混合ガスセンサ出力を算出する。

算出した混合ガス濃度に対応するように発熱量算出情報を補正し、算出した混合ガスセンサ出力に対応する混合ガス発熱量が補正した発熱量算出情報に基づいて算出するとともに、算出した水素センサ出力に基づいて混合ガスに含まれた水素に対応する水素発熱量を算出する。そして、それらの混合ガス発熱量と水素発熱量とを足して混合ガスの発熱量を算出し、少なくとも混合ガスの発熱量を示す発熱量情報を生成し、発熱量情報を表示部５０に出力することで、表示部５０に発熱量が表示される。

よって、供給ガスの発熱量を測定する際に、その混合ガスを本発明の発熱量測定システムにて測定することで、混合ガスの発熱量を容易に測定することができるため、従来のように高価なガスクロマトグラフを用いる必要がなくなるため、その供給システムの簡単化及びコストダウンを図ることができる。

また、本発明の発熱量算出装置３０は、高温用ガスセンサ（接触燃焼式ガスセンサ）１０ａが出力する所望濃度の混合ガスに対応する高温センサ出力に基づいて混合ガスの発熱量を算出するための発熱量算出情報と、高温用ガスセンサ１０ａと低温用ガスセンサ１０ｂの出力と水素濃度との関係を示す水素濃度情報と、を記憶しておき、水素のみに感応した低温センサ出力から混合ガスに含まれる水素に対応する水素濃度を算出し、その水素濃度から取り込んだ混合ガスに対応する高温センサ出力における水素センサ出力と混合ガスセンサ出力と水素を除いた混合ガスの混合ガス濃度とを算出し、この混合ガス濃度に対応するように補正した発熱量情報と混合ガスセンサ出力とに基づいて算出した混合ガス発熱量と、水素センサ出力に基づいて算出した水素発熱量とに基づいて発熱量情報を生成することから、混合ガスに水素が含まれていても高温用ガスセンサ１０ａが出力したセンサ出力に基づいて正確な混合ガスの発熱量を算出することができる。

なお、上述した本最良の形態では、２つのガス成分に対応した高温センサ出力から発熱量算出情報を生成してＥＥＰＲＯＭ３４に記憶する場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、発熱量算出情報を予めＥＥＰＲＯＭ３４に記憶しておき、上述した図２の構成から、成分流路側の構成を削除し、測定槽５には容器１からの被検ガス（混合ガス）のみを注入するようにするなど種々異なる実施の形態とすることができる。

本発明の発熱量算出装置及び発熱量測定システムの基本構成を示す図である。 本発明の発熱量測定システムの概略構成の一例を示す構成図である。 接触燃焼式ガスセンサの一例を説明するための図である。 図３の検知素子の構成の一例を説明するための図である。 焼結合金キャップと従来の網キャップに対するセンサエアベース出力と経過時間の関係を示すグラフである。 電圧印加後のセンサ出力と経過時間の関係を示すグラフである。 メタンガス中で通電したときのセンサ出力と経過時間の関係を示すグラフである。 本発明に係る発熱量算出装置の概略構成を示す構成図である。 混合ガスを構成する成分のセンサ出力とセンサ温度との関係を示すグラフである。 各ガス成分のセンサ出力と発熱量との関係を示すグラフである。 メタンガスとプロパンガスとに基づいた発熱量算出式を示すグラフである。 高温、低温に対応するセンサ出力と水素濃度との関係を示すグラフである。 図８のＣＰＵが実行する処理概要の一部を示すフローチャートである。 図８のＣＰＵが実行する処理概要の他の一部を示すフローチャートである。 図１３中のセンサ出力測定処理の一例を示すフローチャートである。 センサ出力の測定方法の一例を説明するために図である。

符号の説明

１０ 接触燃焼式ガスセンサ
３０ 発熱量算出装置
３１ａ 高温センサ出力取込手段（ＣＰＵ）
３１ｂ 低温センサ出力取込手段（ＣＰＵ）
３１ｃ 水素濃度算出手段（ＣＰＵ）
３１ｄ 算出手段（ＣＰＵ）
３１ｅ 水素発熱量算出手段（ＣＰＵ）
３１ｆ 補正手段（ＣＰＵ）
３１ｇ 混合ガス発熱量算出手段（ＣＰＵ）
３１ｈ 発熱量情報生成手段（ＣＰＵ）
３１ｉ 発熱量情報出力手段（ＣＰＵ）
３１ｊ 発熱量情報生成手段（ＣＰＵ）
３１ｋ 水素濃度情報生成手段（ＣＰＵ）
３４ａ 発熱量情報記憶手段（ＣＰＵ）
３４ｂ 水素濃度情報記憶手段（ＣＰＵ）

Claims (10)

1. 被検ガス中の被検物質に感応する検知素子と前記被検ガス中の被検物質に感応しない比較素子とを有する接触燃焼式ガスセンサが出力する前記検知素子と前記比較素子との熱的バランスを示すセンサ出力に基づいて、複数種類のガス成分からなる所望濃度の混合ガスの発熱量を算出する発熱量算出装置であって、
   前記接触燃焼式ガスセンサが出力した前記所望濃度の混合ガスに対応する前記センサ出力に基づいて、前記混合ガスの発熱量を算出するための発熱量算出情報を記憶する発熱量算出情報記憶手段と、
   通電により前記ガス成分と水素に感応する高温と前記水素のみに感応する低温とに加熱される前記接触燃焼式ガスセンサが出力する前記センサ出力と水素濃度との関係を示す水素濃度情報を記憶する水素濃度情報記憶手段と、
   前記高温に加熱される前記接触燃焼式ガスセンサが出力した前記混合ガスに対応するセンサ出力を高温センサ出力として取り込む高温センサ出力取込手段と、
   前記低温に加熱される前記接触燃焼式ガスセンサが出力した前記混合ガスに対応する前記センサ出力を低温センサ出力として取り込む低温センサ出力取込手段と、
   前記低温センサ出力取込手段が取り込んだ低温センサ出力と前記水素濃度情報記憶手段が記憶している水素濃度情報とに基づいて前記混合ガス中における前記水素濃度を算出する水素濃度算出手段と、
   前記水素濃度算出手段が算出した水素濃度と前記水素濃度情報記憶手段が記憶している水素濃度情報とに基づいて、前記高温センサ出力取込手段が取り込んだ高温センサ出力における前記水素に対応する水素センサ出力と当該水素を除いた前記混合ガスに対応する混合ガス濃度とその混合ガスセンサ出力とを算出する算出手段と、
   前記算出手段が算出した水素センサ出力に基づいて前記水素に対応する水素発熱量を算出する水素発熱量算出手段と、
   前記算出手段が算出した前記混合ガス濃度に対応するように前記発熱量算出情報記憶手段が記憶している発熱量算出情報を補正する補正手段と、
   前記算出手段が算出した混合ガスセンサ出力と前記補正手段が補正した前記発熱量算出情報とに基づいて前記混合ガス濃度に対応する混合ガス発熱量を算出する混合ガス発熱量算出手段と、
   前記水素発熱量算出手段が算出した水素発熱量と前記混合ガス発熱量算出手段が算出した混合ガス発熱量とに基づいて前記所望濃度の混合ガスの発熱量を示す発熱量情報を生成する発熱量情報生成手段と、
   前記発熱量情報生成手段が生成した発熱量情報を通知するために出力する発熱量情報出力手段と、
   を備えることを特徴とする発熱量算出装置。
2. 前記水素濃度算出手段は、前記低温センサ出力取込手段が前記所望濃度とは異なる３００００〜７００００ｐｐｍの前記混合ガスに対応する前記低温センサ出力を取り込むと、前記所望濃度に対応するように前記混合ガス中における前記水素濃度を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の発熱量算出装置。
3. 前記高温センサ出力取込手段が取り込んだ前記複数のガス成分に対応する前記高温センサ出力の少なくとも２つの前記ガス成分に対応する前記高温センサ出力と該高温センサ出力に対応する発熱量との関係を示す算出式に基づいて前記発熱量算出情報を生成する発熱量算出情報生成手段をさらに備え、
   前記発熱量算出情報記憶手段は、前記発熱量算出情報生成手段が生成した前記発熱量算出情報を記憶する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の発熱量算出装置。
4. 前記高温センサ出力取込手段と前記低温センサ出力取込手段が取り込んだ前記水素に対応する前記高温センサ出力と前記低温センサ出力とに基づいて前記水素濃度情報を生成する水素濃度情報生成手段をさらに備え、
   前記水素濃度情報記憶手段は、前記水素濃度情報生成手段が生成した水素濃度情報を記憶する
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の発熱量算出装置。
5. 被検ガス中の被検物質に感応する検知素子と前記被検ガス中の被検物質に感応しない比較素子とを有する接触燃焼式ガスセンサが出力する前記検知素子と前記比較素子との熱的バランスを示すセンサ出力に基づいて、複数種類のガス成分からなる所望濃度の混合ガスの発熱量を算出する発熱量算出方法であって、
   通電により前記ガス成分と水素に感応する高温に加熱された前記接触燃焼式ガスセンサが出力した前記混合ガスに対応するセンサ出力を高温センサ出力として取り込む過程と、
   通電により前記水素のみに感応する低温とに加熱された前記接触燃焼式ガスセンサが出力した前記混合ガスに対応するセンサ出力を低温センサ出力として取り込む過程と、
   前記取り込んだ低温センサ出力と前記高温及び前記低温に対応する前記センサ出力と前記水素濃度との関係を示す水素濃度情報とに基づいて前記混合ガス中における前記水素濃度を算出する過程と、
   前記算出した水素濃度と前記水素濃度情報とに基づいて、前記取り込んだ高温センサ出力における前記水素に対応する水素センサ出力と当該水素を除いた前記混合ガスに対応する混合ガス濃度とその混合ガスセンサ出力とを算出する過程と、
   前記算出した水素センサ出力に基づいて前記水素に対応する水素発熱量を算出する過程と、
   前記算出した前記混合ガス濃度に対応するように、前記接触燃焼式ガスセンサが出力した前記所望濃度の混合ガスに対応する前記センサ出力に基づいて前記混合ガスの発熱量を算出するための発熱量算出情報を補正する過程と、
   前記算出した混合ガスセンサ出力と前記補正した発熱量算出情報とに前記混合ガス濃度に対応する混合ガス発熱量を算出する過程と、
   前記算出した水素発熱量と混合ガス発熱量とに基づいて前記所望濃度の混合ガスの発熱量を示す発熱量情報を生成する過程と、
   前記生成した発熱量情報を通知するために出力する過程と、
   を備えることを特徴とする発熱量算出方法。
6. 前記水素濃度を算出する過程は、前記所望濃度とは異なる３００００〜７００００ｐｐｍの前記混合ガスに対応する前記低温センサ出力が取り込まれると、前記所望濃度に対応するように前記混合ガス中における前記水素濃度を算出する
   ことを特徴とする請求項５に記載の発熱量算出方法。
7. 複数種類のガス成分からなる混合ガスの発熱量を測定する発熱量測定システムであって
   、
   被検ガス中の被検物質に感応する検知素子と前記被検ガス中の被検物質に感応しない比較素子とを有し、前記検知素子と前記比較素子との熱的バランスを示すセンサ出力を出力する接触燃焼式ガスセンサと、請求項１〜４の何れか１項に記載の発熱量算出装置と、を備え、
   前記発熱量算出装置の前記高温センサ出力取込手段及び前記低温センサ出力取込手段は、前記接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を取り込む
   ことを特徴とする発熱量測定システム。
8. 前記接触燃焼式ガスセンサは、多孔質の焼結合金で形成しているキャップにて前記検知素子と前記比較素子を覆っている
   ことを特徴とする請求項７に記載の発熱量測定システム。
9. 前記接触燃焼式ガスセンサは、前記センサ出力の感度が少なくとも２０％低下するように予め通電したものを用いる
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載の発熱量測定システム。
10. 前記接触燃焼式ガスセンサは、炭化水素系のガスを予め定められた期間に亘って接触させたものを用いる
    ことを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載の発熱量測定システム。

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