JP6343781B2 - 流量測定装置、流量測定方法及びガス分析システム - Google Patents

Description

本発明は、ガスの流量を測定する流量測定装置、流量測定方法及びガス分析システムに関する。

ガスの流量を測定する方法として、さまざまな方法が知られている。例えば、流量を測定する対象となるガスの種別が予め判明している場合、ガスが接触することによる素子の温度変化量を測定することにより、ガスの流量を算出できることが知られている。

また、ガスの流路の上流側の圧力と下流側の圧力との差に基づいて、ガスの流量を測定する方法も知られている。例えば、特許文献１には、ガスの流量が、上流側の圧力と下流側の圧力との差に比例するという性質を用いてガスの流量を算出するガス流量計が開示されている。

特開２００７−２４８３２０号公報

ところで、原油回収率向上技術として知られているＣＯ_２ＥＯＲ（ＣＯ_２ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｏｉｌ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）の適用可能性の判断に必要な油層流体の特性を把握するために、スリムチューブ試験が行われている。スリムチューブ試験は、実際の油層の温度・圧力環境下において、原油を注入したスリムチューブにＣＯ_２を掃攻ガスとして圧入した際の原油と掃攻ガスの相挙動を把握することを目的として行われる。また、スリムチューブ試験において把握される原油回収率に基づいて、効率的なＣＯ_２ＥＯＲを実施する上で重要なパラメータとなる最小混和圧力（ＭＭＰ：Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｉｓｃｉｂｉｌｉｔｙ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を推測することができる。

スリムチューブ試験においては、実際の油層の温度・圧力環境下でスリムチューブ内を原油で満たし、掃攻ガスとして、炭酸ガス又は随伴ガスをスリムチューブに圧入する。そして、スリムチューブから原油及びガスを回収し、計量及び分析を行う。原油重量及びガスの流量を計測することにより、原油回収率及びガス油比を算出したり、ガス組成変化の特性を把握したりすることができる。ガス油比を高い精度で算出するには、長時間にわたって、ガスの流量を高い精度で測定しなければならない。

ところが、スリムチューブ試験において排出されるガスの種別は予め定められた種別に限られないので、ガスに接触することにより温度が変化する素子を用いて、高い精度で流量を測定することは困難である。
また、ガスの流路の上流側の圧力と下流側の圧力との差に基づいて流量を測定する従来のガス流量計においては、流入するガスを蓄積する空間が小さいので、短時間における流量を測定することしかできなかった。したがって、スリムチューブ試験で必要とされるような長時間にわたってガスの流量を測定することは困難である。

従来のガス流量計においても、流入するガスを蓄積する空間を大きくすることにより、測定可能時間を延ばすことはできる。しかし、流入するガスを蓄積する空間を大きくすると、流入するガスの量に対する圧力の変化量が小さくなるので、測定精度が低下してしまうという問題が生じてしまう。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、長時間にわたって、ガスの流量を高精度で測定することができる流量測定装置、流量測定方法及びガス分析システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る流量測定装置は、外部から流入するガスを蓄積する第１タンク及び第２タンクと、前記ガスを前記第１タンクに流入させるか前記第２タンクに流入させるかを切り替える切替部と、前記第１タンク及び前記第２タンクの内部圧力を測定する圧力測定部と、前記圧力測定部により複数の時間において測定された複数の前記内部圧力に基づいて、前記ガスの流量を算出する算出部と、を備える。
流量測定装置がこのような構成を有することにより、長時間にわたってガスの流量を高精度で測定することができる。

上記の流量測定装置は、前記第１タンク内及び前記第２タンクのうち、前記ガスを流入させていないタンクの内部圧力を、当該タンクの外部における前記ガスの圧力よりも低い初期圧力にする減圧部をさらに備えてもよい。
このように、流量測定装置が減圧部を備えることにより、永続的にガスの流量を測定することができる。

上記の切替部は、例えば、前記ガスが前記第１タンク及び前記第２タンクに流入する前の所定の背圧と前記第１タンクの内部圧力との差が所定値より小さくなると、前記第２タンクに前記ガスを流入させ、前記背圧と前記第２タンクの内部圧力との差が所定値より小さくなると、前記第１タンクに前記ガスを流入させる。
このようにすることで、複数のタンクへのガスの流入時間と内部圧力との関係が線形な領域を順次用いてガスの流量を算出することができるので、測定精度が向上する。

前記第２タンクの内部圧力と前記背圧との差が所定値に達してから前記第２タンクの内部圧力が前記初期圧力に等しくなるまでの時間は、例えば、前記第１タンクの内部圧力が前記初期圧力に等しい状態から前記第１タンクの内部圧力と前記背圧との差が所定値に達するまでの時間よりも短い。
このようにすることで、一方のタンクへのガスの蓄積が終了した時点で、他方のタンクにガスの流入を開始することができるので、連続的に流量を測定することができる。

上記の流量測定装置は、所定のガスを前記第１タンク及び前記第２タンクのそれぞれに流入させたときの、前記ガスの複数の流量に関連付けて、時間の変化と前記内部圧力の変化との関係を示す複数の時間圧力関係情報を記憶する記憶部をさらに備え、前記算出部は、前記圧力測定部が前記内部圧力を測定した前記複数の時間の間隔と、前記複数の時間において測定された前記複数の内部圧力と、前記複数の流量に関連付けられた複数の前記時間圧力関係情報とに基づいて、前記流量を算出してもよい。
このようにすることで、第１タンク及び第２タンクの容積が未知の場合であっても、流量を高い精度で測定することができる。

本発明の第２の態様に係る流量測定方法は、内部圧力を外部の圧力よりも低くした第１タンクに、外部からガスを流入させて蓄積する手順と、前記第１タンクに前記ガスを蓄積した後に、内部圧力を外部の圧力よりも低くした第２タンクに前記ガスを流入させて蓄積する手順と、前記第１タンク及び前記第２タンクの前記内部圧力を複数の時間において測定する手順と、前記複数の時間において測定した複数の前記内部圧力に基づいて、前記ガスの流量を算出する手順と、を備える。

上記の流量測定方法は、前記ガスを前記第１タンクに流入させている間に、前記第２タンクの内部圧力を前記第２タンクの外部の圧力よりも低くする手順と、前記第２タンクの内部圧力を前記第２タンクの外部の圧力よりも低くする手順の後に、この第２タンクへの前記ガスの流入を開始する手順と、をさらに備えてもよい。

本発明の第３の態様に係るガス分析システムは、流入する複数のガスを含む混合ガスの組成を分析する組成分析装置と、前記組成分析装置において前記組成を分析する時間間隔よりも小さい時間間隔で、前記混合ガスの流量を測定する上記の流量測定装置と、を備える。
このようにすることで、組成の分析に要する時間によらず、リアルタイムでガスの流量を測定することができる。

本発明の第４の態様に係るガス分析システムは、流入する複数のガスを含む混合ガスの組成を分析する組成分析装置と、前記組成分析装置において前記混合ガスの組成を分析した後に前記混合ガスの流量を測定する上記の流量測定装置と、を備える。
このようにすることで、流量測定装置においてガスを排出することができるので、流量測定装置により流量を測定した後に組成を分析する構成に比べて、システム構成を簡易化できる。

また、これらのガス分析システムは、前記流量測定装置の上流側に、前記流量測定装置に流入する前の前記混合ガスの圧力を所定の背圧に調整する背圧調整装置をさらに備えてもよい。
このようにすることで、流量測定装置において、所望の圧力（例えば、大気圧）における流量を測定することができる。

本発明によれば、長時間にわたって、ガスの流量を高精度で測定することができるという効果を奏する。

第１の実施形態のガス分析システムの構成を示す図である。 記憶部に記憶された時間圧力関係情報を示す図である。 圧力測定部が測定した圧力の変化の様子を示す図である。 第２の実施形態に係る流量測定装置の構成を示す図である。 第１タンク及び第２タンクの内部圧力の変化の様子を示す図である。 ガスの流量を測定する場合の動作フローチャートである。 第１タンク及び第２タンクの内部圧力の変化の様子の他の例を示す図である。 第３の実施形態に係る流量測定装置の構成を示す図である。

＜第１の実施形態＞
［ガス分析システムＳの構成］
図１は、第１の実施形態のガス分析システムＳの構成を示す図である。ガス分析システムＳは、スリムチューブ試験装置１００と、背圧調整装置２００と、重量計測装置３００と、組成分析装置４００と、流量測定装置５００とを備える。ガス分析システムＳは、疑似的な油層を構成するスリムチューブ試験装置１００から出力されるガスの組成やガスの流量を分析する。

スリムチューブ試験装置１００は、原油が注入されるスリムチューブと、スリムチューブの状態を観察するための観察窓とを備えており、実際の油層の状態に近い高温高圧の状態に保たれている。スリムチューブ試験においては、まず、疑似油層としての原油を準備し、準備した原油を、実際の油層の温度に相当する高温環境下に設けられたスリムチューブに注入する。続いて、掃攻ガスとして、炭酸ガス又は随伴ガスをスリムチューブに圧入する。この間に、観察窓において、スリムチューブをガスが通過する間の相挙動を観察する。

掃攻ガスと原油とが接触することにより、掃攻ガスをスリムチューブの一端から注入している間に、スリムチューブの他端から原油及びガスが排出される。排出されるガスには、複数の種類のガスが含まれるので、本明細書においては混合ガスと称する場合がある。スリムチューブから排出された原油及び混合ガスは、背圧調整装置２００を経て、重量計測装置３００に送り込まれる。

背圧調整装置２００は、図１の位置ａにおける圧力を、スリムチューブ試験装置１００の仕様規定値に調整する。

重量計測装置３００は、原油と混合ガスとを分離して、原油の重量を計測するとともに、分離した混合ガスを排出する。排出された混合ガスは、組成分析装置４００に送り込まれる。
組成分析装置４００は、重量計測装置３００から送り込まれた混合ガスの組成を分析する。組成分析装置４００は、例えばガスクロマトグラフィー装置であり、混合ガスに含まれるＯ_２、Ｎ_２、ＣＯ、ＣＯ_２等の無機ガス、及びＣ１−Ｃ９の有機ガスの組成比を分析する。

流量測定装置５００は、組成分析装置４００において混合ガスの組成を分析した後に、混合ガスの流量を測定する。以下、流量測定装置５００の構成及び動作を詳細に説明する。

［流量測定装置５００の構成］
流量測定装置５００は、第１タンク１０Ａと、第２タンク１０Ｂと、背圧調整部２０と、切替部３０と、圧力測定部４０と、算出部５０と、記憶部６０とを備える。第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂは、背圧調整部２０を介して流量測定装置５００の外部から流入するガスを蓄積する。本実施形態においては、第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂは、組成分析装置４００から流入するガスを蓄積する。

背圧調整部２０は点ｂにおける圧力を例えば大気圧に調整する。背圧調整部２０が調整する圧力は、第１タンク１０Ａの内部圧力及び第２タンク１０Ｂの内部圧力よりも高い圧力であれば、大気圧以外の圧力であってもよい。

切替部３０は、流入口５１０を介して流入したガスを第１タンク１０Ａに流入させるか第２タンク１０Ｂに流入させるかを切り替える。具体的には、切替部３０は、ガスが第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂに流入する前の所定の背圧と第１タンク１０Ａの内部圧力との差が所定値より小さくなると、第２タンク１０Ｂにガスを流入させる。また、切替部３０は、所定の背圧と第２タンク１０Ｂの内部圧力との差が所定値より小さくなると、第１タンク１０Ａにガスを流入させる。上記の所定の背圧は第１タンク１０Ａの内部圧力及び第２タンク１０Ｂの内部圧力よりも高い圧力であればよい。

切替部３０は、流入口５１０と第１タンク１０Ａとの間に設けられたバルブ３１、及び流入口５１０と第２タンク１０Ｂとの間に設けられたバルブ３２を有する。切替部３０は、バルブ３１及びバルブ３２の開閉を制御するコントローラ（不図示）を有している。切替部３０は、コントローラの制御によりバルブ３１及びバルブ３２のいずれか１つを開いて、流入口５１０から流入するガスを、内部圧力が背圧よりも低い状態（例えば、真空状態）にされた第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂのいずれか１つに流入させる。

例えば、切替部３０は、まず、バルブ３１を開くとともにバルブ３２を閉じて、流入口５１０から流入するガスを第１タンク１０Ａに流入させる。第１タンク１０Ａにガスが流入すると、第１タンク１０Ａの内部圧力が上昇する。第１タンク１０Ａの内部圧力が高まり、第１タンク１０Ａの内部圧力と背圧との差が所定値より小さくなると、切替部３０は、バルブ３１を閉じるとともにバルブ３２を開いて、流入口５１０から流入するガスを第２タンク１０Ｂに流入させる。例えば、切替部３０は、第１タンク１０Ａの内部圧力が大気圧よりも所定値だけ低い圧力にまで到達すると、バルブ３１及びバルブ３２の開閉状態を切り替えて、第２タンク１０Ｂにガスを流入させる。

上記のように、ガスが第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂのいずれかに流入する間、圧力測定部４０は、ガスを流入しているタンクの内部圧力を測定する。具体的には、圧力測定部４０は、背圧調整部２０と切替部３０との間の流路を流れるガスの圧力を測定することにより、第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂの内部圧力を測定する。

圧力測定部４０は、所定の時間間隔で第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂの内部圧力を測定する。圧力測定部４０は、組成分析装置４００においてガスの成分が分析される時間間隔よりも小さい時間間隔で、内部圧力を測定する。圧力測定部４０は、測定した圧力を示す圧力情報を出力する。

算出部５０は、圧力測定部４０により複数の時間において測定された複数の内部圧力に基づいて、ガスの成分が分析される時間間隔よりも小さい時間間隔でガスの流量を算出する。具体的には、算出部５０は、第１の時間ｔ１における圧力Ｐ_１と第２の時間ｔ２における圧力Ｐ_２との関係に基づいて、ガスの流量を測定する。以下、算出部５０がガスの流量を算出する原理を説明する。

理想気体は、ＰＶ＝ｎＲＴの状態方程式で示される関係を満たすことが知られている。ここで、Ｐは所定の空間の内部圧力、Ｖは当該空間の容積、ｎは気体の量（モル数）、Ｒは気体定数、Ｔは気体の熱力学温度である。第１の時間ｔ１において、Ｐ_１Ｖ＝ｎ_１ＲＴの関係が成り立ち、第２の時間ｔ２において、Ｐ_２Ｖ＝ｎ_２ＲＴの関係が成り立つので、ｔ１とｔ２との間のΔｔの間のガスの流量は、（ｎ_２−ｎ_１）／Δｔ＝（Ｐ_２−Ｐ_１）Ｖ／ＲＴにより算出される。Ｖ、Ｒ及びＴが既知であれば、算出部５０は、Ｐ_１及びＰ_２を上記の式に代入することにより、ガスの流量を算出することができる。
しかし、モル数が時々刻々変化する、換言するとガス組成が不知のガスの場合には、かかる状態方程式による流量検出は不向きとなる。

算出部５０は、Ｖ、Ｒ及びＴの値を用いることなく、複数の時間において測定された複数の内部圧力に基づいて、流量を算出することもできる。具体的には、算出部５０は、圧力測定部４０が内部圧力を測定した複数の時間の間隔と、複数の時間において測定された複数の内部圧力と、複数の流量に関連付けられた複数の時間圧力関係情報とに基づいて、流量を算出することができる。ここで、時間圧力関係情報は、第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂへのガスの流入を開始してからの経過時間と、第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂの内部圧力との関係を示す情報である。時間圧力関係情報は、流量が既知の所定のガス（例えば、窒素）を予め第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂに流入させて、経過時間に対応する圧力を測定することにより、取得された情報である。上記の時間圧力関係情報は、記憶部６０に記憶されている。

記憶部６０は、ハードディスクやメモリ等により構成される。記憶部６０は、ガスの複数の流量に関連付けて、所定のガスを第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂのそれぞれに流入させたときの、時間の変化と内部圧力の変化との関係を示す複数の時間圧力関係情報を記憶している。記憶部６０は、第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂのそれぞれに関連付けられた第１の時間圧力関係情報及び第２の時間圧力関係情報を記憶している。

図２は、記憶部６０に記憶された時間圧力関係情報を示す図である。図２が示すように、流量がＱ１（ｍｌ／分）である場合、Δｔの時間に圧力がΔＰ１だけ増加する。流量がＱ１よりも大きいＱ２（ｍｌ／分）である場合、Δｔの時間に、圧力がΔＰ１よりも大きいΔＰ２だけ増加する。流量がＱ２よりも大きいＱ３（ｍｌ／分）である場合、Δｔの時間に、圧力がΔＰ２よりも大きいΔＰ３だけ増加する。

算出部５０は、Δｔの間の内部圧力の変化ΔＰ＝Ｐ_２−Ｐ_１と、図２に示した時間圧力関係情報とを比較して線形補完することにより、流量を算出する。例えば、ΔＰ＝（ΔＰ１＋ΔＰ２）／２である場合、算出部５０は、流量を（Ｑ１＋Ｑ２）／２と算出する。

なお、記憶部６０が記憶している時間圧力関係情報は、既知の流量のガスを第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂに流入させた場合の時間と圧力との関係を定期的に測定して更新される。このようなキャリブレーションを行うことにより、経年変化による誤差の発生を防ぐことができる。

図３は、圧力測定部４０が測定した圧力の変化の様子を示す図である。横軸は、第１タンク１０Ａへのガスの流入を開始してからの経過時間を示し、縦軸は、圧力測定部４０が測定した圧力の大きさを示している。図３（ａ）は、第１の流量のガスを流量測定装置５００に流入した場合の圧力の変化を示している。図３（ｂ）は、第１の流量よりも小さい第２の流量のガスを流量測定装置５００に流入した場合の圧力の変化を示している。

図３（ａ）において、ガスの流入を開始した時間０における圧力は初期圧力Ｐ０である。第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂの内部が真空になっている場合、初期圧力Ｐ０は０気圧である。第１タンク１０Ａへのガスの流入を開始し、時間ｔ１１において第１タンク１０Ａの内部圧力が背圧よりも小さいＰ１に到達するまでの間、圧力が増加する。圧力測定部４０は、時間０から時間ｔ１１の間、微小時間Δｔごとに圧力を測定する。算出部５０は、微小時間Δｔの前後の圧力差と、記憶部６０に記憶されている時間圧力関係情報とに基づいて、それぞれの微小時間Δｔにおける流量を算出する。

時間ｔ１１において、切替部３０が、ガスの流入先を第１タンク１０Ａから第２タンク１０Ｂに切り替えたことにより、圧力測定部４０が測定した圧力は、第２タンク１０Ｂの内部圧力である初期圧力Ｐ０になる。その後、ガスを第２タンク１０Ｂに流入させることで、時間ｔ１２において第２タンク１０Ｂの内部圧力がＰ１に到達するまでの間、再び圧力が増加する。圧力測定部４０は、時間ｔ１１から時間ｔ１２の間、微小時間Δｔごとに圧力を測定する。算出部５０は、微小時間Δｔの前後の圧力差と、記憶部６０に記憶されている時間圧力関係情報とに基づいて、それぞれの微小時間Δｔにおける流量を算出する。
算出部５０は、例えば、時間０から時間ｔ１１の間、及び時間ｔ１１から時間ｔ１２の間のそれぞれの微小時間Δｔごとに算出した流量を、第１の流量として算出する。

図３（ｂ）において、第１タンク１０Ａへのガスの流入を開始し、時間ｔ２１において第１タンク１０Ａの内部圧力がＰ１に到達するまでの間、圧力が増加する。第２の流量は第１の流量よりも小さいので、第２の流量のガスを流入させた場合に第１タンク１０Ａの内部圧力がＰ１に達するまでに要する時間ｔ２１は、第１の流量のガスを流入させた場合に第１タンク１０Ａの内部圧力がＰ１に達するまでに要する時間ｔ１１よりも長い。その後、ガスを第２タンク１０Ｂに流入させることで、時間ｔ２２において第２タンク１０Ｂの内部圧力がＰ１に到達するまでの間、再び圧力が増加する。

圧力測定部４０は、図３（ａ）を参照して説明した第１の流量のガスを流入した場合と同様に、微小時間Δｔごとに圧力を測定する。算出部５０は、微小時間Δｔの前後の圧力差と、記憶部６０に記憶されている時間圧力関係情報とに基づいて、それぞれの微小時間Δｔにおける流量を算出する。算出部５０は、例えば、時間０から時間ｔ２１の間、及び時間ｔ２１から時間ｔ２２の間のそれぞれの微小時間Δｔごとに算出した流量を、第２の流量として算出する。

以上のとおり、本実施形態に係る流量測定装置５００は、外部から流入するガスを蓄積する第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂと、ガスを第１タンク１０Ａに流入させるか第２タンク１０Ｂに流入させるかを切り替える切替部３０とを備え、ガスを第１タンク１０Ａに流入させている間、及びガスを第２タンク１０Ｂに流入させている間における複数の時間に圧力測定部４０が測定した圧力に基づいて、流量を算出する算出部５０を備える。このように、ガスを流入させる複数のタンクを切り替えて圧力を測定し、測定した複数の時間における圧力に基づいて、算出部５０が流量を算出することにより、タンクの容量を大きくすることなく、従来よりも長時間にわたって流量を高精度に測定することができる。

＜第２の実施形態＞
図４は、第２の実施形態に係る流量測定装置６００の構成を示す図である。流量測定装置６００は、第１タンク１０Ａ内及び第２タンク１０Ｂのうち、ガスを流入させていないタンクの内部圧力を、当該タンクの外部におけるガスの圧力よりも低い初期圧力にする減圧部８０をさらに備える点で、第１の実施形態に係る流量測定装置５００と異なる。また、流量測定装置６００における切替部３０は、バルブ３４及びバルブ３５を有する点で、第１の実施形態に係る切替部３０と異なる。流量測定装置６００は、その他の点で流量測定装置５００と同等である。

減圧部８０は、例えば、第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂに蓄積されたガスを吸引して、第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂの内部を真空にする真空ポンプである。切替部３０は、バルブ３１を開くことによりガスを第１タンク１０Ａに流入している間、バルブ３４を閉じてバルブ３５を開くことにより、第２タンク１０Ｂに蓄積されたガスを減圧部８０に吸引させる。また、切替部３０は、バルブ３２を開くことによりガスを第１タンク１０Ａに流入している間、バルブ３５を閉じてバルブ３４を開くことにより、第１タンク１０Ａに蓄積されたガスを減圧部８０に吸引させる。

図５は、第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂの内部圧力の変化の様子を示す図である。図５（ａ）は、第１タンク１０Ａの内部圧力の変化の様子を示し、図５（ｂ）は、第２タンク１０Ｂの内部圧力の変化の様子を示している。図６は、第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂにガスを流入させてガスの流量を測定する場合の動作フローチャートである。以下、図５及び図６を参照しながら、ガスの流量を測定する方法について説明する。

まず、内部圧力を外部の圧力よりも低くした第１タンク１０Ａにガスを流入させて蓄積する（Ｓ１）。第１タンク１０Ａにガスを流入させることにより、図５（ａ）に示されるように、第１タンク１０Ａの内部圧力は、時間ｔ１において背圧よりも所定値だけ小さいＰ１に達するまで増加する。第１タンク１０Ａにガスを流入させている間、減圧部８０が、第２タンク１０Ｂに蓄積されたガスを吸引して第２タンク１０Ｂの内部を減圧する（Ｓ２）。

続いて、時間ｔ１において、第１タンク１０Ａの内部圧力が所定値Ｐ１以上になると（Ｓ３）、切替部３０がガスの流入先を切り替える。そして、第２タンク１０Ｂにガスの流入を開始するとともに（Ｓ４）、減圧部８０が、第１タンク１０Ａに蓄積されたガスの吸引を開始して第１タンク１０Ａの内部を減圧する（Ｓ５）。第１タンク１０Ａの内部の減圧を開始してからΔｔ２後に、第１タンク１０Ａの内部圧力が初期圧力Ｐ０にまで低下する。その後、時間ｔ２においてガスの流入が再開されるまで、第１タンク１０Ａの内部圧力は初期圧力Ｐ０に維持される。

図５（ｂ）に示されるように、第２タンク１０Ｂの内部圧力は、初期圧力Ｐ０にまで減圧されてから時間ｔ１までの間、初期圧力Ｐ０に維持されている。時間ｔ１において、第２タンク１０Ｂへのガスの流入が開始すると内部圧力が増加する。時間ｔ２において、第２タンク１０Ｂの内部圧力が所定値Ｐ１以上になると（Ｓ６）、測定を継続するか否かを判定する（Ｓ７）。

Ｓ７において、例えば所定の測定時間に達したことにより測定を終了すると判定されると、流量測定動作を終了する。Ｓ７において、測定を終了しないと判定されると、Ｓ１に戻り、切替部３０がガスの流入先を第１タンク１０Ａに切り替える。以上の動作を繰り返すことにより、圧力測定部４０は、永続的に第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂの内部圧力を測定することができる。そして、算出部５０は、上記の手順で複数の時間において測定された内部圧力に基づいて、ガスの流量を永続的に算出することができる。

なお、第２タンク１０Ｂの内部圧力と背圧との差が所定値（例えば、大気圧−Ｐ１）に達してから第２タンク１０Ｂの内部圧力が初期圧力Ｐ０に等しくなるまでの時間Δｔ２は、第１タンク１０Ａの内部圧力が初期圧力Ｐ０に等しい状態から第１タンク１０Ａの内部圧力と背圧との差が所定値（例えば、大気圧−Ｐ１）に達するまでの時間Δｔ１よりも短い。Δｔ１とΔｔ２との関係が上記の関係になるように、減圧部８０による吸引量と第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂの容積との関係を設定することにより、第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂのいずれかの内部圧力が所定の圧力に到達した時点で、ガスの流入先を他方のタンクに速やかに切り替えて、流量の測定を継続することができる。

図７は、第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂの内部圧力の変化の様子の他の例を示す図である。図５においては、第１タンク１０Ａの容積と第２タンク１０Ｂの容積が同一の場合における内部圧力の変化の様子を示していたが、図７は、第１タンク１０Ａの容積が第２タンク１０Ｂの容積よりも小さい場合の内部圧力の変化の様子を示す。

図７の例においては、第１タンク１０Ａの容積が第２タンク１０Ｂの容積よりも小さいので、第１タンク１０Ａの内部圧力が初期圧力Ｐ０からＰ１に達するまでに要する時間Δｔａ１は、第２タンク１０Ｂの内部圧力が初期圧力Ｐ０からＰ１に達するまでに要する時間Δｔｂ１よりも小さい。

算出部５０は、第１タンク１０Ａに関連付けられた第１の圧力時間関係情報と、圧力測定部４０が微小時間Δｔごとに測定した第１タンク１０Ａにおける内部圧力とに基づいて、第１タンク１０Ａにガスを流入させている間の流量を算出する。また、算出部５０は、第２タンク１０Ｂに関連付けられた第２の圧力時間関係情報と、圧力測定部４０が微小時間Δｔごとに測定した第２タンク１０Ｂにおける内部圧力とに基づいて、第２タンク１０Ｂにガスを流入させている間の流量を算出する。このように、本実施形態に係る流量測定装置６００は、第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂのそれぞれに関連付けられた圧力時間関係情報を用いて流量を算出するので、第１タンク１０Ａの容積と第２タンク１０Ｂの容積とが同一でない場合であっても、高い精度で流量を測定することができる。

以上のとおり、本実施形態に係る流量測定装置６００によれば、ガスを流入させていないタンクの内部圧力を、当該タンクの外部におけるガスの圧力よりも低い初期圧力に減圧する減圧部８０を備えることにより、ガスの流入先を永続的に切り替えて、永続的にガスの流量を測定することができる。

＜第３の実施形態＞
図８は、第３の実施形態に係る流量測定装置７００の構成を示す図である。流量測定装置７００は、第３タンク１０Ｃをさらに備えるとともに、切替部３０が、バルブ３３及びバルブ３６をさらに有する点で、第２の実施形態に係る流量測定装置６００と異なり、他の点で同じである。

流量測定装置７００においては、ガスの流入先を第１タンク１０Ａ、第２タンク１０Ｂ及び第３タンク１０Ｃのいずれかに順次切り替えることができる。このように、ガスを流入させるタンクの数を増やすことにより、それぞれのタンクの容積を小さくすることが可能になる。具体的には、第２タンク１０Ｂにガスの流入を開始してから第２タンク１０Ｂの内部圧力が所定の圧力に達するまでに要する時間が、所定の圧力に達した第１タンク１０Ａを初期圧力にまで減圧するために要する時間よりも短い場合であっても、第３タンク１０Ｃの内部圧力が初期圧力になっていれば、ガスを第３タンク１０Ｃに流入することにより、流量の測定を継続することができる。

タンクの容積が小さければ小さいほど、単位時間あたりの内部圧力の変化率が大きいので、測定精度が高まる。したがって、本実施形態に係る流量測定装置７００のように、ガスを流入させるタンクの数を増加させることにより、さらに高精度の流量測定を永続的に行うことが可能になる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

例えば、上記の説明においては、記憶部６０に記憶された圧力時間関係情報に基づいて流量を算出するものとして説明したが、流量測定装置５００、流量測定装置６００及び流量測定装置７００は、第１タンク１０Ａ及び第２タンク１０Ｂの容積、気体定数、ガスの熱力学温度に基づいて、流量を算出してもよい。

また、第２の実施形態及び第３の実施形態においては、減圧部８０としてタンク内のガスを吸引するポンプを用いる構成について説明したが、減圧部８０が、気圧が背圧に対して十分に低い大きなタンクにより構成されていてもよい。減圧部８０の内部の気圧が背圧よりも十分に低い場合、第１タンク１０Ａ、第２タンク１０Ｂ及び第３タンク１０Ｃに蓄積されたガスが、減圧部８０に流れ込むので、第１タンク１０Ａ、第２タンク１０Ｂ及び第３タンク１０Ｃを減圧することができる。

また、上記の実施形態においては、背圧調整装置２００と流量測定装置５００との間に重量計測装置３００及び組成分析装置４００が設けられた構成について説明したが、このような構成以外の構成にも本発明は適用される。例えば、背圧調整装置２００と流量測定装置５００とが直結している構成にも本発明は適用される。

１０Ａ・・・第１タンク
１０Ｂ・・・第２タンク
１０Ｃ・・・第３タンク
２０・・・背圧調整部
３０・・・切替部
３１、３２、３３、３４、３５、３６・・・バルブ
４０・・・圧力測定部
５０・・・算出部
６０・・・記憶部
８０・・・減圧部
１００・・・スリムチューブ試験装置
２００・・・背圧調整装置
３００・・・重量計測装置
４００・・・組成分析装置
５００、６００、７００・・・流量測定装置
５１０・・・流入口

Claims (9)

1. 外部から流入するガスを蓄積する第１タンク及び第２タンクと、
   前記ガスを前記第１タンクに流入させるか前記第２タンクに流入させるかを切り替える切替部と、
   前記第１タンク及び前記第２タンクの内部圧力を測定する圧力測定部と、
   前記圧力測定部により複数の時間において測定された複数の前記内部圧力に基づいて、前記ガスの流量を算出する算出部と、
   所定のガスを前記第１タンク及び前記第２タンクのそれぞれに流入させたときの、前記ガスの複数の流量に関連付けて、時間の変化と前記内部圧力の変化との関係を示す複数の時間圧力関係情報を記憶する記憶部と、
   前記算出部は、前記圧力測定部が前記内部圧力を測定した前記複数の時間の間隔と、前記複数の時間において測定された前記複数の内部圧力と、前記複数の流量に関連付けられた複数の前記時間圧力関係情報とに基づいて、前記流量を算出する、
   流量測定装置。
2. 前記第１タンク内及び前記第２タンクのうち、前記ガスを流入させていないタンクの内部圧力を、当該タンクの外部における前記ガスの圧力よりも低い初期圧力にする減圧部をさらに備える、
   請求項１に記載の流量測定装置。
3. 前記切替部は、前記ガスが前記第１タンク及び前記第２タンクに流入する前の所定の背圧と前記第１タンクの内部圧力との差が所定値より小さくなると、前記第２タンクに前記ガスを流入させ、前記背圧と前記第２タンクの内部圧力との差が所定値より小さくなると、前記第１タンクに前記ガスを流入させる、
   請求項２に記載の流量測定装置。
4. 前記減圧部が前記第２タンクの内部圧力と前記背圧との差が所定値に達してから前記第２タンクの内部圧力を前記初期圧力に等しくするまでの時間は、前記第１タンクの内部圧力が前記初期圧力に等しい状態から前記第１タンクの内部圧力と前記背圧との差が所定値に達するまでの時間よりも短い、
   請求項３に記載の流量測定装置。
5. 内部圧力を外部の圧力よりも低くした第１タンクに、外部からガスを流入させて蓄積する手順と、
   前記第１タンクに前記ガスを蓄積した後に、内部圧力を外部の圧力よりも低くした第２タンクに前記ガスを流入させて蓄積する手順と、
   前記第１タンク及び前記第２タンクの前記内部圧力を複数の時間において測定する手順と、
   前記複数の時間において測定した複数の前記内部圧力に基づいて、前記ガスの流量を算出する手順と、
   所定のガスを前記第１タンク及び前記第２タンクのそれぞれに流入させたときの、前記ガスの複数の流量に関連付けて、時間の変化と前記内部圧力の変化との関係を示す複数の時間圧力関係情報を記憶部に記憶させる手順と、
   前記内部圧力を測定した前記複数の時間の間隔と、前記複数の時間において測定された前記複数の内部圧力と、前記複数の流量に関連付けられた複数の前記時間圧力関係情報とに基づいて、前記流量を算出する手順と、
   を備える流量測定方法。
6. 前記ガスを前記第１タンクに流入させている間に、前記第２タンクの内部圧力を前記第２タンクの外部の圧力よりも低くする手順と、
   前記第２タンクの内部圧力を前記第２タンクの外部の圧力よりも低くする手順の後に、この第２タンクへの前記ガスの流入を開始する手順と、
   をさらに備える、
   請求項５に記載の流量測定方法。
7. 流入する複数のガスを含む混合ガスの組成を分析する組成分析装置と、
   前記組成分析装置において前記組成を分析する時間間隔よりも小さい時間間隔で、前記混合ガスの流量を測定する請求項１から４のいずれか１項に記載の流量測定装置と、
   を備えるガス分析システム。
8. 流入する複数のガスを含む混合ガスの組成を分析する組成分析装置と、
   前記組成分析装置において前記混合ガスの組成を分析した後に前記混合ガスの流量を測定する請求項１から４のいずれか１項に記載の流量測定装置と、
   を備えるガス分析システム。
9. 前記流量測定装置の上流側に、前記流量測定装置に流入する前の前記混合ガスの圧力を所定の背圧に調整する背圧調整装置をさらに備える、
   請求項７又は８に記載のガス分析システム。
   

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