JP6808885B1 - 熱量計及び熱量計測方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】質量流量を一定としたガスの熱量を求める場合と比して、求める熱量の精度を向上させる。【解決手段】ガスを触媒燃焼させる燃焼部と、所定容積の計量管と、前記計量管へガスを流す流し状態、前記計量管へのガスの流れを遮断して前記計量管に所定体積のガスを保持させる保持状態、及び、前記計量管に空気を流して前記計量管に保持されたガスを押し出す押出状態に、流路を切り替える流路切替バルブと、を有する計量部と、前記計量部から押し出された前記所定体積のガスと空気とを触媒燃焼前に予め混合する予混合部と、前記予混合部によって空気と混合されたガスが前記燃焼部で触媒燃焼することで上昇した前記燃焼部の温度によって前記所定体積のガスに対応する熱量を導出する導出部と、を備える熱量計。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスの熱量を測定する熱量計、及び熱量計測方法に関するものである。
特許文献１に記載の熱量計では、加熱素子によって加熱された酸化触媒の近傍に、ガス導入管によってガスが導入され、導入されたガスは、触媒燃焼する。そして、酸化触媒の周囲に設けられた蓄熱部の上昇温度ΔＴを測定することで、ガスの熱量が求められる。ここで、ガスの導入については、計測原理上、体積流量の制御が必要であるが、一般的に高精度な気体の体積流量制御は困難であることから、質量流量の制御で代替せざるを得ず、実際には質量流量が制御されたガスが、ガス導入管によって導入されている。
特開２０１５−８７１６５号公報
従来の熱量計では、質量流量を一定としたガスが触媒燃焼することで蓄熱部の温度が上昇し、この上昇した蓄熱部の温度を測定することで、ガスの熱量が求められる。質量流量を一定としたガスの熱量を求める方式では、例えば、ガスの成分が変化するとガスの体積流量がばらついてしまい、求める熱量の精度が低かった。
本発明の課題は、質量流量を一定としたガスの熱量を求める場合と比して、求める熱量の精度を向上させることである。
第１態様に係る熱量計は、ガスを触媒燃焼させる燃焼部と、所定容積の計量管と、前記計量管へガスを流す流し状態、前記計量管へのガスの流れを遮断して前記計量管に所定体積のガスを保持させる保持状態、及び、前記計量管に空気を流して前記計量管に保持されたガスを押し出す押出状態に、流路を切り替える流路切替バルブと、を有する計量部と、前記計量部から押し出された前記所定体積のガスと空気とを触媒燃焼前に予め混合する予混合部と、前記予混合部によって空気と混合されたガスが前記燃焼部で触媒燃焼することで前記所定体積のガスに対応して上昇した前記燃焼部の温度によってガスの熱量を導出する導出部と、を備えることを特徴とする。
すなわち、第１態様に係る熱量計は、燃焼部と、計量部と、予混合部と、導出部とを備える。また、計量部は、計量管と、流路切替バルブとを有する。流路切替バルブは、計量管に対するガスの流路を、上述した流し状態、保持状態、及び押出状態に切り替えることが可能である。なお、計量管に保持されるガスの「所定体積」とは、計量管の「所定容積」と同じ値である。さらに、ガスの燃焼によって導出された熱量は、「所定体積のガス」と対応する。すなわち、「所定体積のガス」の一定の割合が燃焼することによって導出された熱量はガスの「所定体積」と対応することになる。ここで、「一定の割合」が１００％である場合には、導出された熱量は「所定体積のガス」の全量の燃焼に起因することになる。
この構成によると、計量部が、所定体積のガスを計量し、計量されたガスは予混合部で空気と予め混合されてから燃焼部に供給され、導出部は、供給されたガスが燃焼部で加熱されて触媒燃焼することで、上昇した燃焼部の上昇温度ΔＴによって、当該所定体積のガスに対応する熱量を導出する。なお、予混合部におけるガスの流速は、計量部から押し出された直後のガスの流速とは異なっている。
このため、例えばガスの成分の変化が生じた場合であっても、燃焼部で燃焼するガスに起因する熱量をガスの所定体積に対応して決めることができるので、質量流量を一定としたガスの熱量を求める場合と比して、求める熱量の精度を向上させることができる。さらに、所定体積のガスが予混合部で空気と予め混合されてから燃焼部に供給されるので、供給されたガスの全量が効率よく燃焼されることで、計量部で計量された所定体積のガスと導出された熱量とがより正確に対応づけられる。
第２態様に係る熱量計は、第１態様に記載の熱量計において、前記予混合部は、前記計量部と前記燃焼部との間に設けられる予混合室であって、前記所定体積のガスと空気とを滞留させる予混合室を有するとともに、前記予混合室では、前記所定体積のガスと空気とが滞留している間の拡散によって前記所定体積のガスと空気とが混合されることを特徴とする。
この構成によると、予混合室において、所定体積のガスの流速がほぼゼロにまで減少し、所定体積のガスと空気とが所定の時間、予混合室内で滞留している間の拡散によって、燃焼部における触媒燃焼の前に、所定体積のガスと空気とが混合される。
このため、ガスの燃焼に必要な空気がガスとともに燃焼部に供給され、燃焼状態が向上するため、未燃焼でのガスの排出が低減され、所定体積のガスに対応した熱量をより正確に測定することができる。
第３態様に係る熱量計は、第１態様に記載の熱量計において、前記予混合部は、前記計量部と前記燃焼部とを連絡する予混合流路を有するとともに、前記予混合流路では、前記所定体積のガスが空気とともに流れる間に空気と混合されることを特徴とする。
この構成によると、予混合流路において、所定体積のガスが、空気とともに流れる間に、燃焼部における触媒燃焼の前に、所定体積のガスと空気とが混合される。この予混合流路では、所定体積のガス及びそのガスの前後に流れる空気の流れに乱れが生じ、撹拌効果が生じることによって、所定体積のガスと空気との混合が促進される。この際、予混合流路における所定体積のガス及び空気の流速は減少又は増加している。
このため、ガスの燃焼に必要な空気がガスとともに燃焼部に供給され、燃焼状態が向上するため、未燃焼でのガスの排出が低減され、所定体積のガスに対応した熱量をより正確に測定することができる。
第４態様に係る熱量計は、第１態様に記載の熱量計において、前記予混合部は、前記計量部と前記燃焼部との間に設けられる予混合室であって、前記所定体積のガスと空気とを滞留させる予混合室と、前記計量部と前記燃焼部とを連絡する予混合流路であって、前記予混合室の上流側又は下流側の少なくとも一方に設けられる予混合流路とを有するとともに、前記予混合室では、前記所定体積のガスと空気とが滞留している間の拡散によって前記所定体積のガスと空気とが混合され、前記予混合流路では、前記所定体積のガスが空気とともに流れる間に混合されることを特徴とする。
この構成によると、予混合室において、所定体積のガスの流速がほぼゼロにまで減少し、所定体積のガスと空気とが所定の時間、予混合室内で滞留している間の拡散によって、燃焼部における触媒燃焼の前に、所定体積のガスと空気とが混合される。それとともに、予混合室の上流若しくは下流又はこれらの両方に設けられる予混合流路において、所定体積のガスが、空気とともに流れる間に、燃焼部における触媒燃焼の前に、所定体積のガスと空気とが混合される。この予混合流路では、所定体積のガス及びその前後を流れる空気の流れに乱れが生じ、撹拌効果が生じることによって、所定体積のガスと空気との混合が促進される。この際、予混合流路における所定体積のガス及び空気の流速は減少又は増加している。
このため、ガスの燃焼に必要な空気がガスとともに燃焼部に供給され、燃焼状態が向上するため、未燃焼でのガスの排出が低減され、所定体積のガスに対応した熱量をより正確に測定することができる。
第５態様に係る熱量計は、第１態様から第４態様までのいずれかに記載の熱量計において、前記予混合部は、前記計量部から押し出された前記所定体積のガスの流路に合流する空気の合流路を有し、前記合流路から流入した空気が、触媒燃焼前に前記所定体積のガスと予め混合されることを特徴とする。
この構成によると、所定体積のガスは、燃焼部に至る前に、合流路から流入した空気と混合されることになる。この際、予混合部におけるガスの流速は、合流路からの空気の流入によって、計量部から押し出された直後の所定体積のガスの流速とは異なっている。
このため、ガスの燃焼に必要な空気がガスとともに燃焼部に供給され、燃焼状態が向上するため、未燃焼でのガスの排出が低減され、所定体積のガスに対応した熱量をより正確に測定することができる。
第６態様に係る熱量計測方法は、計量部が備える所定容積の計量管にガスを流す流し工程と、前記流し工程の後、前記計量管へのガスの流れを遮断して前記計量管に所定体積のガスを保持させる保持工程と、前記保持工程で前記計量管に保持された前記所定体積のガスを前記計量部から押し出す押出工程と、前記押出工程で押し出された前記所定体積のガスと空気とを燃焼部での触媒燃焼前に予め混合する予混合工程と、前記予混合工程によって空気と混合されたガスを前記燃焼部で触媒燃焼させる燃焼工程と、前記燃焼工程により上昇した温度によって前記所定体積のガスに対応するガスの熱量を導出する導出工程と、を備え、前記計量部が備える流路切替バルブであって、前記計量管へガスを流す流し状態と、前記計量管へのガスの流れを遮断して前記計量管に所定体積のガスを保持させる保持状態と、前記計量管に空気を流して前記計量管に保持されたガスを押し出す押出状態とに、流路を切り替える流路切替バルブを用いて、前記流し工程と、前記保持工程と、前記押出工程とをそれぞれ行うことを特徴とする。
すなわち、流し工程の際には、流路切替バルブは流し状態に切り替えられる。また、保持工程の際には、流路切替バルブは保持状態に切り替えられる。さらに、押出工程の際には、流路切替バルブは押出状態に切り替えられる。
この構成によると、流し工程で計量管にガスが流される。その後、保持工程で、計量管へのガスの流れを遮断して計量管にガスが一旦保持される。さらに、押出工程で、保持工程で計量管に保持された所定体積のガスを押し出す。そして、押し出されたガスを予混合工程で空気と予め混合してから、燃焼工程で触媒燃焼させる。なお、予混合工程におけるガスの流速は、計量管から押し出された直後のガスの流速とは異なっている。さらに、導出工程で、ガスの燃焼により上昇した燃焼部の上昇温度ΔＴによって、当該所定体積のガスに対応する熱量が導出される。
このため、例えばガスの成分の変化が生じた場合であっても、燃焼工程で燃焼されるガスに起因する熱量をガスの所定体積に対応して決めることができるので、質量流量を一定としたガスの熱量を求める場合と比して、求める熱量の精度を向上させることができる。さらに、所定体積のガスが予混合工程で空気と予め混合されてから燃焼工程に供されるので、供されたガスの全量が効率よく燃焼されることで、保持工程で計量された所定体積のガスと導出された熱量とがより正確に対応づけられる。
第７態様に係る熱量計測方法は、第６態様に記載の熱量計測方法において、前記予混合工程では、前記計量部と前記燃焼部との間に設けられる予混合室において前記所定体積のガスと空気とを滞留させている間の拡散によって前記所定体積のガスと空気とが混合されることを特徴とする。
この構成によると、予混合工程において、予混合室内で所定体積のガスの流速がほぼゼロにまで減少し、所定体積のガスと空気とが所定の時間、予混合室内で滞留している間の拡散によって、燃焼工程における触媒燃焼の前に、所定体積のガスと空気とが混合される。
このため、ガスの燃焼に必要な空気がガスとともに燃焼工程に供され、燃焼状態が向上するため、未燃焼でのガスの排出が低減され、所定体積のガスに対応した熱量をより正確に測定することができる。
第８態様に係る熱量計測方法は、第６態様に記載の熱量計測方法において、前記予混合工程では、前記計量部と前記燃焼部とを連絡する予混合流路を前記所定体積のガスが空気とともに流れる間に空気と混合されることを特徴とする。
この構成によると、予混合工程において、所定体積のガスが、予混合流路を空気とともに流れる間に、燃焼工程における触媒燃焼の前に、所定体積のガスと空気とが混合される。この予混合流路では、所定体積のガス及びそのガスの前後に流れる空気の流れに乱れが生じ、撹拌効果が生じることによって、所定体積のガスと空気との混合が促進される。この際、予混合流路における所定体積のガス及び空気の流速は減少又は増加している。
このため、ガスの燃焼に必要な空気がガスとともに燃焼工程に供され、燃焼状態が向上するため、未燃焼でのガスの排出が低減され、所定体積のガスに対応した熱量をより正確に測定することができる。
第９態様に係る熱量計測方法は、第６態様に記載の熱量計測方法において、前記予混合工程では、前記計量部と前記燃焼部との間に設けられる予混合室において前記所定体積のガスと空気とを滞留させている間の拡散によって前記所定体積のガスと空気とが混合されるとともに、前記計量部と前記燃焼部とを連絡する予混合流路であって、前記予混合室の上流側又は下流側の少なくとも一方に設けられる予混合流路を前記所定体積のガスが空気とともに流れる間に空気と混合されることを特徴とする。
この構成によると、予混合工程において、所定体積のガスと空気とが予混合室で滞留している間の拡散によって、燃焼工程における触媒燃焼の前に、所定体積のガスと空気とが混合される。この予混合室では、所定体積のガスの流速がほぼゼロにまで減少し、所定体積のガスと空気とが所定の時間、予混合室内で滞留している間の拡散によって、燃焼工程における触媒燃焼の前に、所定体積のガスと空気とが混合される。それとともに、予混合室の上流若しくは下流又はこれらの両方に設けられる予混合流路において、所定体積のガスが、空気とともに流れる間に、燃焼工程における触媒燃焼の前に、所定体積のガスと空気とが混合される。この予混合流路では、所定体積のガス及びその前後を流れる空気の流れに乱れが生じ、撹拌効果が生じることによって、所定体積のガスと空気との混合が促進される。この際、予混合流路における所定体積のガス及び空気の流速は減少又は増加している。
このため、ガスの燃焼に必要な空気がガスとともに燃焼工程に供され、燃焼状態が向上するため、未燃焼でのガスの排出が低減され、所定体積のガスに対応した熱量をより正確に測定することができる。
第１０態様に係る熱量計測方法は、第６態様から第９態様までのいずれかに記載の熱量計測方法において、前記予混合工程では、前記計量部から押し出された前記所定体積のガスの流路に合流する空気の合流路から流入した空気が、触媒燃焼前に前記所定体積のガスと予め混合される
この構成によると、所定体積のガスは、燃焼工程に供される前に、合流路から流入した空気と混合されることになる。この際、予混合工程におけるガスの流速は、合流路からの空気の流入によって、計量部から押し出された直後のガスの流速とは異なっている。
このため、ガスの燃焼に必要な空気がガスとともに燃焼工程に供され、燃焼状態が向上するため、未燃焼でのガスの排出が低減され、所定体積のガスに対応した熱量をより正確に測定することができる。
第１１態様に係る熱量計測方法は、第６態様から第１０態様までのいずれかに記載の熱量計測方法において、前記流し工程、前記保持工程、前記押出工程、前記予混合工程、前記燃焼工程、及び前記導出工程を、この順番で周期的に実施することを特徴とする。
この構成によると、流し工程、保持工程、押出工程、予混合工程、燃焼工程、及び導出工程は、この順番で周期的に実施される。これにより、熱量計測方法では、継続的（間欠的）にガスの熱量を導出することができる。
本態様では、質量流量を一定としたガスの熱量を求める場合と比して、求める熱量の精度を向上させることができる。
本発明の第１実施形態に係る熱量計を示した構成図である。 本発明の第１実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第１実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第１実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第１実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第１実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第１実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第１実施形態に係る熱量計に備えられた情報処理部を示した構成図である。 本発明の第１実施形態に係る熱量計に備えられた導出部に予め入力された上昇温度と熱量との関係を示したグラフである。 本発明の第１実施形態に係る熱量計に備えられた燃焼部によって検知される温度と時間との関係を示したグラフである。 本発明の第２実施形態に係る熱量計を示した構成図である。 本発明の第２実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第２実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第２実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第２実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第２実施形態に係る熱量計に備えられた情報処理部を示した構成図である。 本発明の第３実施形態に係る熱量計を示した構成図である。 本発明の第３実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第３実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第３実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第３実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第３実施形態に係る熱量計に備えられた情報処理部を示した構成図である。 本発明の第４実施形態に係る熱量計を示した構成図である。 本発明の第４実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第４実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第４実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第４実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第４実施形態に係る熱量計を示し、熱量を測定する工程を説明するのに用いた構成図である。 本発明の第４実施形態に係る熱量計に備えられた情報処理部を示した構成図である。 本発明の第５実施形態に係る熱量計を示した構成図である。 第５実施形態の変形例における予混合室を示した構成図である。 本発明の第６実施形態に係る熱量計を示した構成図である。 本発明の第７実施形態に係る熱量計を示した構成図である。 本発明の第８実施形態に係る熱量計を示した構成図である。 本発明の第９実施形態に係る熱量計を示した構成図である。 本発明の第１０実施形態に係る熱量計を示した構成図である。 本発明の第１１実施形態に係る熱量計を示した構成図である。 本発明の第１２実施形態に係る熱量計を示した構成図である。 第１２実施形態の変形例を示した構成図である。 第１２実施形態の変形例を示した構成図である。 本発明の第１３実施形態に係る熱量計を示した構成図である。 第１３実施形態の変形例を示した構成図である。 第１３実施形態の変形例を示した構成図である。 比較例の熱量計における燃焼実験の結果を示すグラフである。 実施例の熱量計における燃焼実験の結果を示すグラフである。
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。以下で言及する各図面における各部位の大きさ及び各部位間の比率は、模式的に表現されており、実際の各部位の大きさ及び各部位間の比率を必ずしも反映していない。なお、各図において共通して付されている符号は、特に説明がない場合でも、同一の対象を指し示すものである。また、各図における流路の脇に付した矢印のうち、白抜き矢印は、ガス又はガスを含有するキャリアガスの流れを示し、実線矢印は、ガスを含有しないキャリアガスのみの流れを示す。下記の各実施形態の熱量計は、ガスの熱量を計測するために用いるものである。また、下記で言及する「熱量」とは、ガスの単位体積当たりの熱エネルギーであって、単位については、〔ＭＪ／Ｎｍ３〕を用いることがある。
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る熱量計及び熱量計測方法について図１〜図８に従って説明する。
（熱量計１０の構成）
本実施形態の熱量計１０の構成を図１に示す。熱量計１０は、ガスを触媒燃焼させる燃焼部２０と、ガスを計量して予混合部へ押し出す計量部５０と、計量されたガスを触媒燃焼前に空気と予め混合する予混合部６０と、ガスの熱量を導出する導出部８０及び各部を制御する制御部９０を備えた情報処理部７０（図８参照）とを備えている。
〔燃焼部２０〕
燃焼部２０は、図１に示されるように、検知部蓄熱材２４と、検知部加熱素子２８を有する検知部触媒３０と、検知部熱電対３４と、混合ガス供給路３６と、加熱回路部３８とを備えている。
−検知部触媒３０−
検知部触媒３０は、一例として、球状に固められた酸化触媒であり、Ｐｔ系触媒、Ｐｄ系触媒などを用いることができる。検知部触媒３０には、検知部加熱素子２８が設けられており、この検知部加熱素子２８は、発熱体であって、加熱回路部３８に流れる電流によって発熱する。
−検知部蓄熱材２４−
検知部蓄熱材２４は、検知部触媒３０を上方及び側方から囲うように配置されている。この検知部蓄熱材２４には、アルミなどの熱伝導率が高い金属材料などを用いることができる。これにより、検知部蓄熱材２４は、検知部触媒３０で発生した熱量を間接的に把握するために、この発生した熱を蓄熱するようになっている。なお、検知部蓄熱材２４の形状については、検知部触媒３０の周囲を全て覆うような中空の球形状としてもよい。
−検知部熱電対３４−
検知部熱電対３４は、検知部蓄熱材２４の温度を検知するために、検知部蓄熱材２４に設けられている。なお、検知部熱電対３４については、検知部触媒３０の内部に設けられてもよい。
−混合ガス供給路３６−
混合ガス供給路３６は、検知部蓄熱材２４によって囲まれた空間と、予混合部６０の後述する予混合流路バルブ６１とを連結するように配置されている。混合ガス供給路３６の一端は、検知部蓄熱材２４を貫通し、検知部触媒３０側に開口し、混合ガス供給路３６の他端は、予混合流路バルブ６１のポート６１ｆに連結されている。
−加熱回路部３８−
加熱回路部３８は、電源３８ａを有し、電源３８ａによって予め定められた電圧が印加されることで、前述したように、検知部加熱素子２８に電流が流れ、検知部加熱素子２８が発熱するようになっている。
この構成において、燃焼部２０では、計量部５０から供給されたガスが、検知部加熱素子２８によって加熱されている検知部触媒３０によって触媒燃焼して発熱し、検知部蓄熱材２４は、検知部触媒３０で発生した熱を蓄熱する。そして、検知部熱電対３４は、検知部蓄熱材２４の温度を検知する。なお、検知部熱電対３４については、検知部触媒３０の温度を検知してもよい。
〔計量部５０〕
計量部５０は、図１に示されるように、六方バルブにより構成される流路切替バルブ５１と、測定対象であるガスを流路切替バルブ５１に供給するガス供給路５３と、流路切替バルブ５１からガスを排出するガス排出路５６と、測定対象であるガスを計量する所定容積の計量管５２とを備えている。さらに、計量部５０は、キャリアガスである空気を流路切替バルブ５１に供給するキャリアガス供給路５７を備えている。
−流路切替バルブ５１−
流路切替バルブ５１は、６個のポート５１ａ〜５１ｆを有する。これらのポート５１ａ〜５１ｆは、ガス供給路５３と連結するポート５１ａから図面上の時計回りにポート５１ｅ、ポート５１ｆ、ポート５１ｂ、ポート５１ｃ及びポート５１ｄの順に円周状に配置されている。これらのポート５１ａ〜５１ｆ間の連結は、制御部９０（図８参照）によって制御されるようになっている。
具体的には、流路切替バルブ５１は、ポート５１ａとポート５１ｂとを連結し、ポート５１ｃとポート５１ｄとを連結し、かつ、ポート５１ｅとポート５１ｆとを連結する第１連結状態（図２及び図３参照）と、ポート５１ａとポート５１ｄとを連結し、ポート５１ｃとポート５１ｅとを連結し、かつ、ポート５１ｂとポート５１ｆとを連結する第２連結状態（図４〜図７参照）との何れかの連結態様に切り替えられる。
ポート５１ａは、ガス供給路５３に連結され、ポート５１ｂは、計量管５２の一端と連結され、ポート５１ｃは、計量管５２の他端と連結されている。ポート５１ｄは、ガス排出路５６と連結されている。
また、ポート５１ｅは、キャリアガス供給路５７に連結され、ポート５１ｆは、計量管５２により計量された所定体積のガスを予混合部６０に供給する計量ガス供給路６３に連結されている。
−ガス供給路５３−
ガス供給路５３は、ポート５１ａと図示しないガス供給元とを連結し、その流路を開閉するガス供給弁５３ａを備えている。この構成において、このガス供給弁５３ａは、制御部９０によって制御され、ガス供給路５３の流路を開閉する。
−ガス排出路５６−
ガス排出路５６は、ポート５１ｄに連結される。なお、このガス排出路５６を開閉する弁を備えていてもよい。
−計量管５２−
計量管５２は、一方向に延びている所定容積の円筒形状を呈する。計量管５２の長手方向の一端は連結路５４を介してポート５１ｂに連結されている。計量管５２の長手方向の他端は連結路５５を介してポート５１ｃに連結されている。本実施形態では、計量管５２の容積は、一例として、１．５〔ｍｌ〕である。
−キャリアガス供給路５７−
キャリアガス供給路５７は一端がポート５１ｅに連結され、他端側にはキャリアガスとしての空気を供給するポンプ５７ａを備えている。さらに、キャリアガス供給路５７は、ポート５１ｅとポンプ５７ａとの間に設けられたマスフローコントローラー５７ｂを備えている。なお、マスフローコントローラー５７ｂの代わりに、流体の流量を制御可能であれば、いかなる公知の装置を用いてもよい。
〔予混合部６０〕
予混合部６０は、図１に示されるように、六方バルブにより構成される予混合流路バルブ６１と、計量部５０により計量された所定体積のガスを予混合流路バルブ６１に供給する計量ガス供給路６３と、予混合流路バルブ６１からガスを排出するガス排出路６６と、所定体積のガスを空気と予混合させる、計量管５２の容積より大きな所定容積の予混合室６２とを備えている。さらに、予混合部６０は、キャリアガスである空気を予混合流路バルブ６１に供給するキャリアガス供給路６７を備えている。
−予混合流路バルブ６１−
予混合流路バルブ６１は、６個のポート６１ａ〜６１ｆを有する。これらのポート６１ａ〜６１ｆは、計量ガス供給路６３と連結するポート６１ａから図面上の時計回りにポート６１ｅ、ポート６１ｆ、ポート６１ｂ、ポート６１ｃ及びポート６１ｄの順に円周状に配置されている。これらのポート６１ａ〜６１ｆ間の連結は、制御部９０（図８参照）によって制御されるようになっている。
具体的には、予混合流路バルブ６１は、ポート６１ａとポート６１ｂとを連結し、ポート６１ｃとポート６１ｄとを連結し、かつ、ポート６１ｅとポート６１ｆとを連結する第１連結状態（図２〜図６参照）と、ポート６１ａとポート６１ｄとを連結し、ポート６１ｃとポート６１ｅとを連結し、かつ、ポート６１ｂとポート６１ｆとを連結する第２連結状態（図７参照）との何れかの連結態様に切り替えられる。
ポート６１ａは、計量ガス供給路６３に連結され、ポート６１ｂは、予混合室６２の一端と連結され、ポート６１ｃは、予混合室６２の他端と連結されている。ポート６１ｄは、ガス排出路６６と連結されている。
また、ポート６１ｅは、キャリアガス供給路６７に連結され、ポート６１ｆは、予混合室６２により空気と混合された所定体積のガスを燃焼部２０に供給する混合ガス供給路３６に連結されている。
−計量ガス供給路６３−
計量ガス供給路６３は、ポート６１ａと、計量部５０の流路切替バルブ５１のポート５１ｆとを連結し、その流路を開閉する計量ガス供給弁６３ａを備えている。この構成において、この計量ガス供給弁６３ａは、制御部９０によって制御され、計量ガス供給路６３の流路を開閉する。
−ガス排出路６６−
ガス排出路６６は、ポート６１ｄに連結される。このガス排出路６６の途中には、その流路を開閉するガス排出弁６６ａが設けられている。
−予混合室６２−
予混合室６２は、一方向に延びている所定容積の円筒形状を呈する。予混合室６２の一端は連結路６４を介してポート６１ｂに連結されている。予混合室６２の他端は連結路６５を介してポート６１ｃに連結されている。本実施形態では、予混合室６２の容積は、一例として、５．０〔ｍｌ〕である。
−キャリアガス供給路６７−
キャリアガス供給路６７は一端がポート６１ｅに連結され、他端側にはキャリアガスとしての空気を供給するポンプ６７ａを備えている。さらに、キャリアガス供給路６７は、ポート６１ｅとポンプ６７ａとの間に設けられたマスフローコントローラー６７ｂを備えている。なお、マスフローコントローラー６７ｂの代わりに、流体の流量を制御可能であれば、いかなる公知の装置を用いてもよい。
〔情報処理部７０〕
情報処理部７０は、図８に示されるように、ガスの熱量を導出する導出部８０と、各部を制御する制御部９０とを備えている。
−制御部９０−
制御部９０は、各部を制御して熱量計１０を稼働させる。具体的には、ポート５１ａ〜５１ｆ間における第１連結状態と第２連結状態との切替を制御する。また、ポート６１ａ〜６１ｆ間における第１連結態様と第２連結態様との切替を制御する。また、ガス供給弁５３ａ、計量ガス供給弁６３ａ及びガス排出弁６６ａのそれぞれの開閉を制御する。また、ポンプ５７ａ、６７ａのそれぞれの作動を制御する。さらに、加熱回路部３８を作動させる電源３８ａも制御する。
−導出部８０−
導出部８０は、検知部熱電対３４によって検知された温度に基づいてガスの熱量を導出する。
具体的には、導出部８０には、ガスの熱量と、ガスの触媒燃焼によって上昇した検知部蓄熱材２４の上昇温度ΔＴとの関係が予め記録されている。図９に示すグラフの横軸は、上昇温度ΔＴとされ、縦軸は、ガスの熱量とされている。このように、ガスの熱量は、上昇温度ΔＴに比例して大きくなる。導出部８０には、この関係が入力されている。
また、上昇温度ΔＴについては、導出部８０が、検知部熱電対３４によって検知された温度に基づいて算出する。図１０に示すグラフの横軸は、経過時間とされ、縦軸は、検知部熱電対３４によって検知された温度とされている。導出部８０は、このグラフに示されるように、検知部熱電対３４によって検知される温度をモニタリングし、ガスの触媒燃焼によって上昇した上昇温度ΔＴを算出する。
この構成において、導出部８０は、検知部熱電対３４によって検知される温度をモニタリングすることで算出された上昇温度ΔＴ（ピーク値）によって、ガスの熱量を導出する。
（熱量計測方法）
図１の熱量計１０による熱量計測方法について以下に説明する。
〔流し工程〕
流し工程では、計量部５０が備える所定容積の計量管５２にガスが流される。すなわち、図２に示すように、制御部９０によって、ポート５１ａ〜５１ｆが第１連結状態に切り替えられることでガス供給路５３と連結路５４とが連絡し、連結路５５とガス排出路５６とが連絡し、及び、キャリアガス供給路５７と計量ガス供給路６３とが連絡する。さらに、制御部９０によってガス供給路５３のガス供給弁５３ａが開放されることで、流路切替バルブ５１の流路は流し状態に切り替えられる。すなわち、ガスはガス供給路５３及び連結路５４を経て計量管５２を満たし、さらに連結路５５を経てガス排出路５６から排出される。
一方、ポンプ５７ａの駆動によってキャリアガスはキャリアガス供給路５７から計量ガス供給路６３へ流れ、予混合部６０へ流入する。このとき、予混合部６０では、制御部９０によって、ポート６１ａ〜６１ｆが第１連結状態に切り替えられることで計量ガス供給路６３と連結路６４とが連絡し、連結路６５とガス排出路６６とが連絡し、及び、キャリアガス供給路６７と混合ガス供給路３６とが連絡する。この状態で、計量ガス供給路６３から流入したキャリアガスとしての空気は連結路６４を経て予混合室６２を満たし、さらに連結路６５を経てガス排出路６６から排出される。
また、ポンプ６７ａの駆動によってキャリアガスはキャリアガス供給路６７からポート６１ｅ、６１ｆを経て混合ガス供給路３６を介して燃焼部２０へ供給される。
〔保持工程〕
保持工程では、計量管５２を満たす所定体積のガスＧ１が保持される。すなわち、図３に示すように、流路切替バルブ５１のポート５１ａ〜５１ｆは第１連結状態のままで、制御部９０によってガス供給路５３のガス供給弁５３ａが閉鎖されることで、流路切替バルブ５１の流路は保持状態に切り替えられる。この保持状態において、計量管５２へのガスの流れは遮断され、計量管５２を満たしている所定体積のガスＧ１はそのまま計量管５２内に保持される。なお、予混合部６０におけるキャリアガスの流動は流し工程と同様の状態を保っている。
〔押出工程〕
押出工程では、保持工程で計量管５２に保持された所定体積のガスＧ１が、計量部５０から予混合部６０へ押し出される。すなわち、図４に示すように、ガス供給路５３のガス供給弁５３ａは閉鎖されたまま、制御部９０によって、ポート５１ａ〜５１ｆが第２連結状態に切り替えられることでガス供給路５３とガス排出路５６とが連絡し、キャリアガス供給路５７と連結路５５とが連絡し、及び、連結路５４と計量ガス供給路６３とが連絡することで、流路切替バルブ５１の流路は押出状態に切り替えられる。この押出状態において、計量管５２内に保持されていた所定体積のガスＧ１は、キャリアガス供給路５７から連結路５５を経て計量管５２へ流入してきたキャリアガスによって押し出され、連結路５４からポート５１ｂ、５１ｆを経て、計量ガス供給路６３へ流れ込み、予混合部６０へと向かう。本実施形態では、計量管５２に保持された所定体積のガスＧ１を押し出すキャリアガスの流速は、一例として、１２０〔ｍｌ／ｍｉｎ〕である。なお、予混合部６０におけるキャリアガスの流動は保持工程と同様の状態を保っている。
〔予混合工程〕
予混合工程では、押出工程で押し出された所定体積のガスＧ１と空気とが燃焼部２０の触媒燃焼前に予め混合される。すなわち、計量ガス供給路６３へ押し出された所定体積のガスＧ１（図４参照）が、予混合流路バルブ６１のポート６１ａ、６１ｂを経て、連結路６４を通って予混合室６２に達したタイミングで、図５に示すように、制御部９０は、計量ガス供給弁６３ａ及びガス排出弁６６ａを閉鎖する。この状態で、所定体積のガスＧ１は、流速がほぼゼロとなり、予混合室６２内で滞留している間に拡散し、図６に示すように、キャリアガスとしての空気と混合された混合ガスＧ２となる。なお、予混合部６０においてキャリアガス供給路６７から混合ガス供給路３６を経て燃焼部２０へ至るキャリアガスの流れは押出工程と同様である。
〔燃焼行程〕
燃焼行程では、予混合工程によって空気と混合されたガスである混合ガスＧ２が、燃焼部２０での触媒燃焼に供される。すなわち、図７に示すように、計量ガス供給弁６３ａ及びガス排出弁６６ａは閉鎖されたまま、制御部９０によって、予混合流路バルブ６１のポート６１ａ〜６１ｆが第２連結状態に切り替えられることで計量ガス供給路６３とガス排出路６６とが連絡し、キャリアガス供給路６７と連結路６５とが連絡し、及び、連結路６４と混合ガス供給路３６とが連絡する。この状態において、予混合室６２内に保持されていた混合ガスＧ２は、キャリアガス供給路６７から連結路６５を経て予混合室６２へ流入してきたキャリアガスによって押し出され、連結路６４から予混合流路バルブ６１のポート６１ｂ、６１ｆを経て、混合ガス供給路３６へ流れ込み、そして燃焼部２０に供給される。本実施形態では、予混合室６２に保持された混合ガスＧ２を押し出すキャリアガスの流速は、一例として、１２０〔ｍｌ／ｍｉｎ〕である。
混合ガス供給路３６から燃焼部２０に供給された混合ガスＧ２は、電源３８ａによって電圧が加熱回路部３８に印加されることで発熱した検知部加熱素子２８によって熱せられた酸化触媒である検知部触媒３０により触媒燃焼に供される。ここで、混合ガスＧ２は、ガスの燃焼に必要な空気を十分含んでいるため、混合ガスＧ２に含まれるガスがより効率よく、かつより完全に燃焼することが可能となっている。
〔導出工程〕
導出工程では、燃焼工程により上昇した温度によって所定体積のガスＧ１に対応するガスの熱量が導出される。すなわち、この混合ガスＧ２の燃焼により検知部触媒３０の温度が上昇し、それに伴って検知部蓄熱材２４の温度も上昇する。そして、検知部熱電対３４によって、検知部蓄熱材２４の温度が検知される。
図８に示す導出部８０は、検知部熱電対３４によって検知された温度をモニタリングし、ガスの触媒燃焼によって上昇した検知部蓄熱材２４の上昇温度ΔＴ（図７参照）を導出する。さらに、導出部８０は、導出された上昇温度ΔＴと、予め入力されているガスの熱量と上昇温度ΔＴとの関係とから、ガスの熱量を導出する。
この導出工程で導出されたガスの熱量は、直接的には混合ガスＧ２の燃焼に起因するものであるが、この混合ガスＧ２は、所定体積のガスＧ１に起因するものである。よって、この導出工程で導出されたガスの熱量は所定体積のガスＧ１に起因するものである、換言すると、所定体積のガスＧ１に対応するものである、といえる。
このような工程を繰り返すことで、計量部５０及び予混合部６０は、周期的にガスを空気と十分に混合させた状態で燃焼部２０に供給し、燃焼部２０は、周期的に供給された混合ガスＧ２を触媒燃焼させる。さらに、導出部８０は、触媒燃焼することで上昇した上昇温度ΔＴによって所定体積のガスＧ１に対応した熱量を周期的に導出する。換言すれば、流し工程、保持工程、押出工程、燃焼工程、及び導出工程は、この順番で周期的に実施される。
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る熱量計及び熱量計測方法について図１１〜図１６に従って説明する。
（熱量計１０の構成）
本実施形態の熱量計１０の構成を図１１に示す。熱量計１０は、ガスを触媒燃焼させる燃焼部２０と、ガスを計量して予混合部へ押し出す計量部５０と、計量されたガスを触媒燃焼前に空気と予め混合する予混合部６０と、ガスの熱量を導出する導出部８０及び各部を制御する制御部９０を備えた情報処理部７０（図１６参照）とを備えている。
〔燃焼部２０〕
燃焼部２０については、第１実施形態と同様であるため、詳細の図示は省略している。
〔計量部５０〕
計量部５０は、図１１に示されるように、十方バルブにより構成される流路切替バルブ５１と、測定対象であるガスを流路切替バルブ５１に供給するガス供給路５３と、流路切替バルブ５１からガスを排出するガス排出路５６と、測定対象であるガスを計量する所定容積の計量管５２とを備えている。さらに、計量部５０は、キャリアガスである空気を流路切替バルブ５１に供給するキャリアガス供給路５７を備えている。
−流路切替バルブ５１−
流路切替バルブ５１は、１０個のポート５１ａ〜５１ｊを有する。これらのポート５１ａ〜５１ｊは、ガス供給路５３と連結するポート５１ａから図面上の時計回りにポート５１ｂ、ポート５１ｆ、ポート５１ｇ、ポート５１ｉ、ポート５１ｈ、ポート５１ｊ、ポート５１ｅ、ポート５１ｃ及びポート５１ｄの順に円周状に配置されている。これらのポート５１ａ〜５１ｊ間の連結は、制御部９０（図８参照）によって制御されるようになっている。
具体的には、流路切替バルブ５１は、ポート５１ａとポート５１ｂとを連結し、ポート５１ｆとポート５１ｇとを連結し、ポートｉとポートｈとを連結し、ポート５１ｊとポート５１ｅとを連結し、かつ、ポート５１ｃとポート５１ｄとを連結する第１連結状態（図１２及び図１４参照）と、ポート５１ａとポート５１ｄとを連結し、ポート５１ｃとポート５１ｅとを連結し、ポート５１ｊとポート５１ｈとを連結し、ポート５１ｉとポート５１ｇとを連結し、かつ、ポート５１ｂとポート５１ｆとを連結する第２連結状態（図１３及び図１５参照）との何れかの連結態様に切り替えられる。
ポート５１ａは、ガス供給路５３に連結され、ポート５１ｂは、計量管５２の一端と連結され、ポート５１ｃは、計量管５２の他端と連結されている。ポート５１ｄは、ガス排出路５６と連結されている。
また、ポート５１ｅは、キャリアガス供給路５７に連結され、ポート５１ｆは、計量管５２により計量された所定体積のガスを予混合部６０に供給する、予混合室６２の一端に連結される連結路６４に連結されている。ポート５１ｇは、予混合室６２の他端に連結される連結路６５に連結されている。
さらに、ポート５１ｈは、キャリアガス供給路６７に連結され、ポート５１ｉは、予混合室６２により空気と混合された所定体積のガスを燃焼部２０に供給する混合ガス供給路３６に連結されている。ポート５１ｊは、キャリアガス供給路５７又はキャリアガス供給路６７からのキャリアガスを排出するキャリアガス排出路５８に連結されている。
−ガス供給路５３−
ガス供給路５３は、ポート５１ａと図示しないガス供給元とを連結し、その流路を開閉するガス供給弁５３ａを備えている。この構成において、このガス供給弁５３ａは、制御部９０によって制御され、ガス供給路５３の流路を開閉する。
−ガス排出路５６−
ガス排出路５６は、ポート５１ｄに連結される。なお、このガス排出路５６を開閉する弁を備えていてもよい。
−計量管５２−
計量管５２は、一方向に延びている所定容積の円筒形状を呈する。計量管５２の長手方向の一端は連結路５４を介してポート５１ｂに連結されている。計量管５２の長手方向の他端は連結路５５を介してポート５１ｃに連結されている。本実施形態では、計量管５２の容積は、一例として、１．５〔ｍｌ〕である。
−キャリアガス供給路５７−
キャリアガス供給路５７は一端がポート５１ｅに連結され、他端側にはキャリアガスとしての空気を供給するポンプ５７ａを備えている。さらに、キャリアガス供給路５７は、ポート５１ｅとポンプ５７ａとの間に設けられたマスフローコントローラー５７ｂを備えている。なお、マスフローコントローラー５７ｂの代わりに、流体の流量を制御可能であれば、いかなる公知の装置を用いてもよい。
−キャリアガス供給路６７−
キャリアガス供給路６７は一端がポート５１ｈに連結され、他端側にはキャリアガスとしての空気を供給するポンプ６７ａを備えている。さらに、キャリアガス供給路６７は、ポート５１ｈとポンプ６７ａとの間に設けられたマスフローコントローラー６７ｂを備えている。なお、マスフローコントローラー６７ｂの代わりに、流体の流量を制御可能であれば、いかなる公知の装置を用いてもよい。
−キャリアガス排出路５８−
キャリアガス排出路５８は一端がポート５１ｊに連結される。なお、このキャリアガス排出路５８を開閉する弁を備えていてもよい。
〔予混合部６０〕
予混合部６０は、図１１に示されるように、所定体積のガスを空気と予混合させる、計量管５２の容積より大きな所定容積の予混合室６２と、予混合室６２の一端とポート５１ｆとを連結する連結路６４と、予混合室６２の他端とポート５１ｇとを連結する連結路６５とを備えている。
−予混合室６２−
予混合室６２は、一方向に延びている所定容積の円筒形状を呈する。予混合室６２の一端は連結路６４を介してポート５１ｆに連結されている。予混合室６２の他端は連結路６５を介してポート５１ｇに連結されている。本実施形態では、予混合室６２の容積は、一例として、５．０〔ｍｌ〕である。
〔情報処理部７０〕
情報処理部７０は、図１６に示されるように、ガスの熱量を導出する導出部８０と、各部を制御する制御部９０とを備えている。
−制御部９０−
制御部９０は、各部を制御して熱量計１０を稼働させる。具体的には、ポート５１ａ〜５１ｊ間における第１連結状態と第２連結状態との切替を制御する。また、ガス供給弁５３ａの開閉を制御する。また、ポンプ５７ａ、６７ａのそれぞれの作動を制御する。さらに、加熱回路部３８を作動させる電源３８ａも制御する。
−導出部８０−
導出部８０は、検知部熱電対３４によって検知された温度に基づいてガスの熱量を導出する。なお、その詳細については第１実施形態と同様である。
（熱量計測方法）
図１１の熱量計１０による熱量計測方法について以下に説明する。
〔流し工程〕
流し工程では、計量部５０が備える所定容積の計量管５２にガスが流される。すなわち、図１２に示すように、制御部９０によって、ポート５１ａ〜５１ｊが第１連結状態に切り替えられることでガス供給路５３と連結路５４とが連絡し、連結路５５とガス排出路５６とが連絡し、及び、キャリアガス供給路５７とキャリアガス排出路５８とが連絡する。さらに、制御部９０によってガス供給路５３のガス供給弁５３ａが開放されることで、流路切替バルブ５１の流路は流し状態に切り替えられる。すなわち、ガスはガス供給路５３及び連結路５４を経て計量管５２を満たし、さらに連結路５５を経てガス排出路５６から排出される。
一方、ポンプ５７ａの駆動によってキャリアガスはキャリアガス供給路５７からキャリアガス排出路５８へ排出される。また、ポンプ６７ａの駆動によってキャリアガスはキャリアガス供給路６７からポート５１ｈ、５１ｉを経て混合ガス供給路３６を介して燃焼部２０へ供給される。このとき、予混合部６０では、ポート５１ｆとポート５１ｇとが連絡して、予混合室６２は閉鎖空間となる。
〔保持工程〕
保持工程では、計量管５２を満たす所定体積のガスＧ１が保持される。すなわち、図１２に示すように、流路切替バルブ５１のポート５１ａ〜５１ｊは第１連結状態のままで、制御部９０によってガス供給路５３のガス供給弁５３ａが閉鎖されることで、流路切替バルブ５１の流路は保持状態に切り替えられる。この保持状態において、計量管５２へのガスの流れは遮断され、計量管５２を満たしている所定体積のガスＧ１はそのまま計量管５２内に保持される。なお、キャリアガス供給路５７及びキャリアガス供給路６７からのキャリアガスの流動は流し工程と同様の状態を保っている。
〔押出工程〕
押出工程では、保持工程で計量管５２に保持された所定体積のガスＧ１が、計量部５０から予混合部６０へ押し出される。すなわち、図１３に示すように、ガス供給路５３のガス供給弁５３ａは閉鎖されたまま、制御部９０によって、ポート５１ａ〜５１ｊが第２連結状態に切り替えられることでガス供給路５３とガス排出路５６とが連絡し、キャリアガス供給路５７と連結路５５とが連絡し、及び、連結路５４と連結路６４とが連絡することで、流路切替バルブ５１の流路は押出状態に切り替えられる。この押出状態において、計量管５２内に保持されていた所定体積のガスＧ１は、キャリアガス供給路５７から連結路５５を経て計量管５２へ流入してきたキャリアガスによって押し出され、連結路５４からポート５１ｂ、５１ｆを経て、連結路６４へ流れ込み、予混合室６２へと向かう。本実施形態では、計量管５２に保持された所定体積のガスＧ１を押し出すキャリアガスの流速は、一例として、１２０〔ｍｌ／ｍｉｎ〕である。なお、予混合室６２を満たしていたキャリアガスは連結路６５を通ってポート５１ｇ、５１ｉを経て混合ガス供給路３６に至り、燃焼部２０に供給される。なお、キャリアガス供給路６７からのキャリアガスは、ポート５１ｈ、５１ｊを経てキャリアガス排出路５８から排出される。
〔予混合工程〕
予混合工程では、押出工程で押し出された所定体積のガスＧ１と空気とが燃焼部２０の触媒燃焼前に予め混合される。すなわち、連結路６４へ押し出された所定体積のガスＧ１（図１３参照）が予混合室６２に達したタイミングで、図１４に示すように、制御部９０がポート５１ａ〜５１ｊを第１連結状態に切り替えることで、予混合室６２は再び閉鎖空間となる。この状態で、所定体積のガスＧ１は、予混合室６２内で流速がほぼゼロとなり滞留している間に拡散し、キャリアガスとしての空気と混合された混合ガスＧ２となる。なお、キャリアガス供給路５７及びキャリアガス供給路６７からのキャリアガスの流れは流し工程と同様である。
〔燃焼行程〕
燃焼行程では、予混合工程によって空気と混合されたガスである混合ガスＧ２が、燃焼部２０での触媒燃焼に供される。すなわち、図１５に示すように、制御部９０によって、ポート５１ａ〜５１ｊが第２連結状態に切り替えられることでガス供給路５３とガス排出路５６とが連絡し、キャリアガス供給路５７と連結路５５とが連絡し、連結路５４と連結路６４とが連絡し、及び、連結路６５と混合ガス供給路３６とが連絡する。この状態において、予混合室６２内に保持されていた混合ガスＧ２は、連結路６４を経て予混合室６２へ流入してきたキャリアガスによって押し出され、連結路６５からポート５１ｇ、５１ｉを経て、混合ガス供給路３６へ流れ込み、そして燃焼部２０に供給される。本実施形態では、予混合室６２に保持された混合ガスＧ２を押し出すキャリアガスの流速は、一例として、１２０〔ｍｌ／ｍｉｎ〕である。
混合ガス供給路３６から燃焼部２０に供給された混合ガスＧ２は、電源３８ａによって電圧が加熱回路部３８に印加されることで発熱した検知部加熱素子２８によって熱せられた酸化触媒である検知部触媒３０により触媒燃焼に供される。ここで、混合ガスＧ２は、ガスの燃焼に必要な空気を十分含んでいるため、混合ガスＧ２に含まれるガスがより効率よく、かつより完全に燃焼することが可能となっている。
〔導出工程〕
導出工程については、第１実施形態と同様である。
このような工程を繰り返すことで、計量部５０及び予混合部６０は、周期的にガスを空気と十分に混合させた状態で燃焼部２０に供給し、燃焼部２０は、周期的に供給された混合ガスＧ２を触媒燃焼させる。さらに、導出部８０は、触媒燃焼することで上昇した上昇温度ΔＴによって所定体積のガスＧ１に対応した熱量を周期的に導出する。換言すれば、流し工程、保持工程、押出工程、燃焼工程、及び導出工程は、この順番で周期的に実施される。
＜第３実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る熱量計及び熱量計測方法について図１７〜図２２に従って説明する。
（熱量計１０の構成）
本実施形態の熱量計１０の構成を図１７に示す。熱量計１０は、ガスを触媒燃焼させる燃焼部２０と、ガスを計量して予混合部へ押し出す計量部５０と、計量されたガスを触媒燃焼前に空気と予め混合する予混合部６０と、ガスの熱量を導出する導出部８０及び各部を制御する制御部９０を備えた情報処理部７０（図２２参照）とを備えている。
〔燃焼部２０〕
燃焼部２０については、第１実施形態と同様であるため、詳細の図示は省略している。
〔計量部５０〕
計量部５０は、図１７に示されるように、測定対象であるガスを供給するガス供給路５３と、キャリアガスである空気を供給するキャリアガス供給路５７と、測定対象であるガスを計量する所定容積の計量管５２と、計量管５２に流入する連結路５４と、計量管５２から流出する連結路５５と、ガスを排出するガス排出路５６と、キャリアガスを予混合部６０へバイパスさせるキャリアガス迂回路５９と、を備えている。さらに、計量部５０は、ガス供給路５３、キャリアガス供給路５７及び連結路５４を連結する三方弁５０ａと、連結路５５とガス排出路５６と計量されたガスを予混合部６０へ送出する計量ガス供給路６３とを連結する三方弁５０ｂと、ガス供給路５３を開閉する二方弁５０ｃと、キャリアガス迂回路５９を開閉する二方弁５０ｄと、を備えている。なお、キャリアガス迂回路５９の下流端は、計量ガス供給路６３に接続されている。
制御部９０は、三方弁５０ａを、ガス供給路５３と連結路５４とが流通している状態と、キャリアガス供給路５７と連結路５４とが流通している状態とに切り替え、また、三方弁５０ｂを、連結路５５とガス排出路５６とが流通している状態と、連結路５５と計量ガス供給路６３とが流通している状態とに切り替える。
−ガス供給路５３−
ガス供給路５３は、三方弁５０ａと図示しないガス供給元とを連結し、その流路を開閉する二方弁５０ｃを備えている。この構成において、この二方弁５０ｃは、制御部９０によって制御され、ガス供給路５３の流路を開閉する。
−ガス排出路５６−
ガス排出路５６は、三方弁５０ｂに連結される。なお、このガス排出路５６を開閉する弁を備えていてもよい。
−計量管５２−
計量管５２は、一方向に延びている所定容積の円筒形状を呈する。計量管５２の長手方向の一端は連結路５４を介して三方弁５０ａに連結されている。計量管５２の長手方向の他端は連結路５５を介して三方弁５０ｂに連結されている。本実施形態では、計量管５２の容積は、一例として、１．５〔ｍｌ〕である。
−キャリアガス供給路５７−
キャリアガス供給路５７は一端が三方弁５０ａに連結され、他端側にはキャリアガスとしての空気を供給するポンプ５７ａを備えている。さらに、キャリアガス供給路５７は、三方弁５０ａとポンプ５７ａとの間に設けられたマスフローコントローラー５７ｂを備えている。なお、マスフローコントローラー５７ｂの代わりに、流体の流量を制御可能であれば、いかなる公知の装置を用いてもよい。
−キャリアガス迂回路５９−
キャリアガス迂回路５９は、マスフローコントローラー５７ｂと三方弁５０ａとの間でキャリアガス供給路５７から分岐し、三方弁５０ｂの下流側で計量ガス供給路６３と合流する。キャリアガス迂回路５９は、その流路を開閉する二方弁５０ｄを備えている。この構成において、この二方弁５０ｄは、制御部９０によって制御され、キャリアガス迂回路５９の流路を開閉する。
〔予混合部６０〕
予混合部６０は、図１７に示されるように、計量部５０により計量された所定体積のガスを供給する計量ガス供給路６３と、キャリアガスである空気を供給するキャリアガス供給路６７と、所定体積のガスを空気と予混合させて混合ガスにする、計量管５２の容積より大きな所定容積の予混合室６２と、予混合室６２に流入する連結路６４と、予混合室６２から流出する連結路６５と、ガスを排出するガス排出路６６と、予混合室６２から流出した混合ガスを燃焼部２０へ供給する混合ガス供給路３６とキャリアガス供給路６７とをバイパスさせるキャリアガス迂回路６９と、を備えている。さらに、予混合部６０は、計量ガス供給路６３、キャリアガス供給路６７及び連結路６４を連結する三方弁６０ａと、連結路６５とガス排出路６６と混合ガス供給路３６とを連結する三方弁６０ｂと、連結路６４を開閉する二方弁６０ｃと、連結路６５を開閉する二方弁６０ｄと、キャリアガス迂回路６９を開閉する二方弁６０ｅと、を備えている。
制御部９０は、三方弁６０ａを計量ガス供給路６３と連結路６４とが流通している状態と、キャリアガス供給路６７と連結路６４とが流通している状態とに切り替え、また、三方弁６０ｂを、連結路６５とガス排出路６６とが流通している状態と、連結路６５と混合ガス供給路３６とが流通している状態とに切り替える。
−計量ガス供給路６３−
計量ガス供給路６３は、三方弁５０ｂと三方弁６０ａとを連結する。
−ガス排出路６６−
ガス排出路６６は、三方弁６０ｂに連結される。なお、このガス排出路６６を開閉する弁を備えていてもよい。
−予混合室６２−
予混合室６２は、一方向に延びている所定容積の円筒形状を呈する。予混合室６２の一端は連結路６４を介して三方弁６０ａに連結されている。予混合室６２の他端は連結路６５を介して三方弁６０ｂに連結されている。本実施形態では、予混合室６２の容積は、一例として、５．０〔ｍｌ〕である。また、連結路６４の途中には、制御部９０によって制御され、連結路６４の流路を開閉する二方弁６０ｃを備えている。さらに、連結路６５の途中には、制御部９０によって制御され、連結路６５の流路を開閉する二方弁６０ｄを備えている。
−キャリアガス迂回路６９−
キャリアガス迂回路６９は、マスフローコントローラー６７ｂと三方弁６０ａとの間でキャリアガス供給路６７から分岐し、三方弁６０ｂの下流側で混合ガス供給路３６と合流する。キャリアガス迂回路６９は、その流路を開閉する二方弁６０ｅを備えている。この構成において、この二方弁６０ｅは、制御部９０によって制御され、キャリアガス迂回路６９の流路を開閉する。
〔情報処理部７０〕
情報処理部７０は、図２２に示されるように、ガスの熱量を導出する導出部８０と、各部を制御する制御部９０とを備えている。
−制御部９０−
制御部９０は、各部を制御して熱量計１０を稼働させる。具体的には、三方弁５０ａ、５０ｂ、６０ａ、６０ｂのそれぞれにおける流路の切替を制御する。また、二方弁５０ｃ、５０ｄ、６０ｃ〜６０ｅの開閉を制御する。また、ポンプ５７ａ、６７ａのそれぞれの作動を制御する。さらに、加熱回路部３８を作動させる電源３８ａも制御する。
−導出部８０−
導出部８０は、検知部熱電対３４によって検知された温度に基づいてガスの熱量を導出する。なお、その詳細については第１実施形態と同様である。
（熱量計測方法）
図１１の熱量計１０による熱量計測方法について以下に説明する。
〔流し工程〕
流し工程では、計量部５０が備える所定容積の計量管５２にガスが流される。すなわち、図１８に示すように、制御部９０によって、ガス供給路５３と連結路５４とが連絡するように三方弁５０ａを切り替え、連結路５５とガス排出路５６とが連絡するように三方弁５０ｂを切り替え、計量ガス供給路６３と連結路６４とが連絡するように三方弁６０ａを切り替え、及び、連結路６５とガス排出路６６とが連絡するように三方弁６０ｂを切り替える。さらに、制御部９０は、二方弁５０ｃ、５０ｄ、６０ｃ〜６０ｅの全てを開放する。以上により、計量部５０の流路は流し状態に切り替えられる。すなわち、ガスはガス供給路５３及び連結路５４を経て計量管５２を満たし、さらに連結路５５を経てガス排出路５６から排出される。
一方、ポンプ５７ａの駆動によってキャリアガスはキャリアガス供給路５７からキャリアガス迂回路５９を経て計量ガス供給路６３へ至り、さらに連結路６４を経て予混合室６２を満たし、さらに連結路６５を経てガス排出路６６から排出される。また、ポンプ６７ａの駆動によってキャリアガスはキャリアガス供給路６７からキャリアガス迂回路６９を経て混合ガス供給路３６を介して燃焼部２０へ供給される。
〔保持工程〕
保持工程では、計量管５２を満たす所定体積のガスＧ１が保持される。すなわち、図１８に示す状態から、制御部は二方弁５０ｃのみを閉鎖することで、計量部５０の流路は保持状態に切り替えられる。この保持状態において、計量管５２へのガスの流れは遮断され、計量管５２を満たしている所定体積のガスＧ１はそのまま計量管５２内に保持される。なお、キャリアガス供給路５７及びキャリアガス供給路６７からのキャリアガスの流動は流し工程と同様の状態を保っている。
〔押出工程〕
押出工程では、保持工程で計量管５２に保持された所定体積のガスＧ１が、計量部５０から予混合部６０へ押し出される。すなわち、図１９に示すように、ガス供給路５３の二方弁５０ｃは閉鎖されたまま、制御部９０によって、二方弁５０ｄを閉鎖し、キャリアガス供給路５７と連結路５４とが連絡するように三方弁５０ａの流路を切り替え、及び、連結路５５と計量ガス供給路６３とが連絡するように三方弁５０ｂの流路を切り替えることで、計量部の流路は押出状態に切り替えられる。この押出状態において、計量管５２内に保持されていた所定体積のガスＧ１は、キャリアガス供給路５７から連結路５４を経て計量管５２へ流入してきたキャリアガスによって押し出され、連結路５５から三方弁５０ｂを経て、計量ガス供給路６３へ流れ込み、予混合室６２へと向かう。本実施形態では、計量管５２に保持された所定体積のガスＧ１を押し出すキャリアガスの流速は、一例として、１２０〔ｍｌ／ｍｉｎ〕である。なお、予混合部６０における三方弁６０ａ、６０ｂの流路は流し工程及び保持工程と同じであり、二方弁６０ｃ〜６０ｅはいずれも開放状態と保っているため、予混合室６２を満たしていたキャリアガスは連結路６５を通って三方弁６０ｂを経てガス排出路６６から排出される。なお、キャリアガス供給路６７からのキャリアガスは、キャリアガス迂回路６９を経て混合ガス供給路３６に至り、燃焼部２０に供給される。
〔予混合工程〕
予混合工程では、押出工程で押し出された所定体積のガスＧ１と空気とが燃焼部２０の触媒燃焼前に予め混合される。すなわち、連結路６４へ押し出された所定体積のガスＧ１（図１９参照）が予混合室６２に達したタイミングで、図２０に示すように、制御部９０が二方弁６０ｃ、６０ｄを閉鎖することで、予混合室６２は閉鎖空間となる。この状態で、所定体積のガスＧ１は、予混合室６２内で流速がほぼゼロとなり滞留している間に拡散し、キャリアガスとしての空気と混合された混合ガスＧ２となる。なお、キャリアガス供給路５７からのキャリアガスの流れは停止する。キャリアガス供給路６７からのキャリアガスの流れは押出工程と同様である。
〔燃焼行程〕
燃焼行程では、予混合工程によって空気と混合されたガスである混合ガスＧ２が、燃焼部２０での触媒燃焼に供される。すなわち、図２１に示すように、制御部９０によって、キャリアガス供給路６７と連結路６４とが連絡するように三方弁６０ａの流路を切り替え、連結路６５と混合ガス供給路３６とが連絡するように三方弁６０ｂの流路を切り替え、さらに二方弁６０ｃ、６０ｄを開放した上で、二方弁６０ｅを閉鎖する。この状態において、予混合室６２内に保持されていた混合ガスＧ２は、キャリアガス供給路６７から連結路６４を経て予混合室６２へ流入してきたキャリアガスによって押し出され、連結路６５から三方弁６０ｂを経て、混合ガス供給路３６へ流れ込み、そして燃焼部２０に供給される。本実施形態では、予混合室６２に保持された混合ガスＧ２を押し出すキャリアガスの流速は、一例として、１２０〔ｍｌ／ｍｉｎ〕である。
混合ガス供給路３６から燃焼部２０に供給された混合ガスＧ２は、電源３８ａによって電圧が加熱回路部３８に印加されることで発熱した検知部加熱素子２８によって熱せられた酸化触媒である検知部触媒３０により触媒燃焼に供される。ここで、混合ガスＧ２は、ガスの燃焼に必要な空気を十分含んでいるため、混合ガスＧ２に含まれるガスがより効率よく、かつより完全に燃焼することが可能となっている。
〔導出工程〕
導出工程については、第１実施形態と同様である。
このような工程を繰り返すことで、計量部５０及び予混合部６０は、周期的にガスを空気と十分に混合させた状態で燃焼部２０に供給し、燃焼部２０は、周期的に供給された混合ガスＧ２を触媒燃焼させる。さらに、導出部８０は、触媒燃焼することで上昇した上昇温度ΔＴによって所定体積のガスＧ１に対応した熱量を周期的に導出する。換言すれば、流し工程、保持工程、押出工程、燃焼工程、及び導出工程は、この順番で周期的に実施される。
＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態に係る熱量計及び熱量計測方法について図２３〜図２９に従って説明する。
（熱量計１０の構成）
本実施形態の熱量計１０の構成を図２３に示す。熱量計１０は、ガスを触媒燃焼させる燃焼部２０と、ガスを計量して予混合部へ押し出す計量部５０と、計量されたガスを触媒燃焼前に空気と予め混合する予混合部６０と、ガスの熱量を導出する導出部８０及び各部を制御する制御部９０を備えた情報処理部７０（図１６参照）とを備えている。
〔燃焼部２０〕
燃焼部２０については、第１実施形態と同様であるため、詳細の図示は省略している。
〔計量部５０〕
計量部５０は、図２３に示されるように、六方バルブにより構成される流路切替バルブ５１と、測定対象であるガスを流路切替バルブ５１に供給するガス供給路５３と、流路切替バルブ５１からガスを排出するガス排出路５６と、測定対象であるガスを計量する所定容積の計量域５２ａとを備えている。さらに、計量部５０は、キャリアガスである空気を流路切替バルブ５１に供給するキャリアガス供給路５７を備えている。
−流路切替バルブ５１−
流路切替バルブ５１は、６個のポート５１ａ〜５１ｆを有する。これらのポート５１ａ〜５１ｆは、ガス供給路５３と連結するポート５１ａから図面上の時計回りにポート５１ｅ、ポート５１ｆ、ポート５１ｂ、ポート５１ｃ及びポート５１ｄの順に円周状に配置されている。これらのポート５１ａ〜５１ｆ間の連結は、制御部９０（図８参照）によって制御されるようになっている。
具体的には、流路切替バルブ５１は、ポート５１ａとポート５１ｄとを連結し、ポート５１ｃとポート５１ｅとを連結し、かつ、ポート５１ｂとポート５１ｆとを連結する第１連結状態（図２４、図２５及び図２８参照）と、ポート５１ａとポート５１ｂとを連結し、ポート５１ｃとポート５１ｄとを連結し、かつ、ポート５１ｅとポート５１ｆとを連結する第２連結状態（図２６及び図２７参照）との何れかの連結態様に切り替えられる。
ポート５１ａは、ガス供給路５３に連結され、ポート５１ｂは、予混合室６２の一端と連結され、ポート５１ｃは、予混合室６２の他端と連結されている。ポート５１ｄは、ガス排出路５６と連結されている。
また、ポート５１ｅは、キャリアガス供給路５７に連結され、ポート５１ｆは、予混合室６２で空気と混合された混合ガスを燃焼部２０に供給する混合ガス供給路３６に連結されている。
−ガス供給路５３−
ガス供給路５３は、ポート５１ａと図示しないガス供給元とを連結し、その流路を開閉するガス供給弁５３ａを備えている。この構成において、このガス供給弁５３ａは、制御部９０によって制御され、ガス供給路５３の流路を開閉する。
−ガス排出路５６−
ガス排出路５６は、ポート５１ｄに連結され、その流路を開閉するガス排出弁５６ａを備えている。この構成において、このガス排出弁５６ａは、制御部９０によって制御され、ガス排出路５６の流路を開閉する。
−計量域５２ａ−
本実施形態では、流路切替バルブ５１のポート５１ａ〜５１ｆが第１連結状態となっている場合において、ガス供給路５３におけるガス供給弁５３ａからポート５１ａまでの間、及び、ガス排出路５６におけるポート５１ｄからガス排出弁５６ａまでの間が、上述の第１実施形態から第３実施形態までにおける計量管５２に相当する、計量域５２ａとなっている。この計量域５２ａの容積をＸ〔ｍｌ〕とする。なお、流路切替バルブ５１における各バルブ間の流路の容積はこの容積Ｘに対して無視できるほど小さいので、以下では流路切替バルブ５１内のガスの容積は無視して説明する。
−キャリアガス供給路５７−
キャリアガス供給路５７は一端がポート５１ｅに連結され、他端側にはキャリアガスとしての空気を供給するポンプ５７ａを備えている。さらに、キャリアガス供給路５７は、ポート５１ｅとポンプ５７ａとの間に設けられたマスフローコントローラー５７ｂを備えている。なお、マスフローコントローラー５７ｂの代わりに、流体の流量を制御可能であれば、いかなる公知の装置を用いてもよい。
〔予混合部６０〕
予混合部６０は、図２３に示されるように、ガスと空気とを予混合させる、予混合室６２と、予混合室６２の一端とポート５１ｂとを連結する連結路６４と、予混合室６２の他端とポート５１ｃとを連結する連結路６５とを備えている。
−予混合室６２−
予混合室６２は、一方向に延びている所定容積の円筒形状を呈する。予混合室６２の一端は連結路６４を介してポート５１ｂに連結されている。予混合室６２の他端は連結路６５を介してポート５１ｃに連結されている。この予混合室６２の容積をＹ〔ｍｌ〕とする。
〔情報処理部７０〕
情報処理部７０は、図２９に示されるように、ガスの熱量を導出する導出部８０と、各部を制御する制御部９０とを備えている。
−制御部９０−
制御部９０は、各部を制御して熱量計１０を稼働させる。具体的には、ポート５１ａ〜５１ｆ間における第１連結状態と第２連結状態との切替を制御する。また、ガス供給弁５３ａ及びガス排出弁５６ａそれぞれの開閉を制御する。また、ポンプ５７ａの作動を制御する。さらに、加熱回路部３８を作動させる電源３８ａも制御する。
−導出部８０−
導出部８０は、検知部熱電対３４によって検知された温度に基づいてガスの熱量を導出する。なお、その詳細については第１実施形態と同様である。
（熱量計測方法）
図２３の熱量計１０による熱量計測方法について以下に説明する。
〔流し工程〕
流し工程では、計量部５０が備える所定容積の計量管５２としての計量域５２ａにガスが流される。すなわち、図２４に示すように、制御部９０によって、ポート５１ａ〜５１ｆが第１連結状態に切り替えられることでガス供給路５３とガス排出路５６とが連絡し、キャリアガス供給路５７と連結路６５とが連絡し、及び、連結路６４と混合ガス供給路３６とが連絡する。さらに、制御部９０によってガス供給路５３のガス供給弁５３ａが開放され、また、ガス排出路５６のガス排出弁５６ａが開放されることで、流路切替バルブ５１の流路は流し状態に切り替えられる。すなわち、ガスはガス供給路５３からガス排出路５６に至る間に計量域５２ａを満たす。
一方、ポンプ５７ａの駆動によってキャリアガスはキャリアガス供給路５７から連結路６５を経て予混合室６２へ至る。キャリアガスはさらに、予混合室６２から連結路６４及び混合ガス供給路３６を経て燃焼部２０へ供給される。これにより予混合室６２はキャリアガスで満たされる。
〔保持工程〕
保持工程では、計量管５２としての計量域５２ａを満たす所定体積のガスＧ１が保持される。すなわち、図２５に示すように、流路切替バルブ５１のポート５１ａ〜５１ｆは第１連結状態のままで、制御部９０によってガス供給路５３のガス供給弁５３ａ及びガス排出路５６のガス排出弁５６ａが閉鎖されることで、流路切替バルブ５１の流路は保持状態に切り替えられる。この保持状態において、計量域５２ａへのガスの流れは遮断され、計量域５２ａを満たしている所定体積のガスＧ１はそのまま計量域５２ａ内に保持される。お、キャリアガス供給路５７からのキャリアガスの流動は流し工程と同様の状態を保っている。
〔押出工程〕
押出工程では、保持工程で計量管５２としての計量域５２ａに保持されていた所定体積のガスＧ１が、計量部５０から予混合部６０へ拡散される。すなわち、図２６に示すように、ガス供給路５３のガス供給弁５３ａ及びガス排出路５６のガス排出弁５６ａは閉鎖されたまま、制御部９０によって、ポート５１ａ〜５１ｆが第２連結状態に切り替えられることでガス供給路５３と連結路６４とが連絡し、ガス排出路５６と連結路６５とが連絡し、及び、キャリアガス供給路５７と混合ガス供給路３６とが連絡することで、流路切替バルブ５１の流路は押出状態に切り替えられる。なお、キャリアガス供給路５７からのキャリアガスは、ポート５１ｅ、５１ｆを経て混合ガス供給路３６から燃焼部２０へ供給される。
〔予混合工程〕
予混合工程では、押出工程で押し出された所定体積のガスＧ１と空気とが燃焼部２０の触媒燃焼前に予め混合される。すなわち、押出状態において、計量域５２ａ内に保持されていた所定体積のガスＧ１は、図２７に示すように、連結路６４、６５を経て、予混合室６２と計量域５２ａとを合わせた空間内で流速がほぼゼロとなり、拡散し、滞留している間にキャリアガスとしての空気と混合された混合ガスＧ２となる。なお、キャリアガス供給路５７からのキャリアガスの流れは流し工程と同様である。なお、キャリアガス供給路５７からのキャリアガスは、ポート５１ｅ、５１ｆを経て混合ガス供給路３６から燃焼部２０へ供給され続ける。
〔燃焼行程〕
燃焼行程では、予混合工程によって空気と混合されたガスである混合ガスＧ２が、燃焼部２０での触媒燃焼に供される。すなわち、図２８に示すように、制御部９０によって、ポート５１ａ〜５１ｆが再び第１連結状態に切り替えられることでガス供給路５３とガス排出路５６とが連絡し、キャリアガス供給路５７と連結路６５とが連絡し、及び、連結路６４と混合ガス供給路３６とが連絡する。このとき、ガス供給路５３のガス供給弁５３ａ及びガス排出路５６のガス排出弁５６ａは閉鎖されたままである。この状態において、予混合室６２内に保持されていた混合ガスＧ２は、連結路６５を経て予混合室６２へ流入してきたキャリアガスによって押し出され、連結路６４からポート５１ｂ、５１ｆを経て、混合ガス供給路３６へ流れ込み、そして燃焼部２０に供給される。本実施形態では、予混合室６２に保持された混合ガスＧ２を押し出すキャリアガスの流速は、一例として、１２０〔ｍｌ／ｍｉｎ〕である。
ここで、本実施形態では、計量域５２ａに保持された所定体積のガスＧ１の全量が、混合ガスＧ２として燃焼部２０に供給されるわけではない。換言すると、燃焼部に供給される混合ガスＧ２は、予混合工程において予混合室６２内に存在していた分（図２７参照）のみであり、計量域５２ａに存在していた分の混合ガスＧ２（図２８参照）は燃焼には供されない。しかしながら、燃焼部２０に供給された混合ガスＧ２の体積は、予混合室６２の容積Ｙに相当する。また、図２７において計量域５２ａ及び予混合室６２に拡散していた混合ガスＧ２の体積は、計量域５２ａの容積Ｘ及び予混合室の容積Ｙの合計に相当する。よって、燃焼部２０で実際に燃焼して得られた熱量（Ｑとする）は、計量域５２ａで保持された所定体積のガスＧ１に対応するものといえる。すなわち、下記式で補正された熱量Ｑ’を所定体積のガスＧ１の燃焼によって得られた熱量であると推定することができる。
Ｑ’＝Ｑ÷Ｙ×（Ｘ＋Ｙ）
＜第５実施形態＞
本発明の第５実施形態に係る熱量計は、図３０に示すように、計量部５０と燃焼部２０との間に設けられる予混合室６２を予混合部６０としている。換言すると、予混合室６２は、上流側の計量ガス供給路６３と、下流側の混合ガス供給路３６との間に設けられる。計量部５０、燃焼部２０及び予混合室６２については前記第１実施形態と同様である。本実施形態によっても、計量部５０で計量された所定体積のガスＧ１（図３参照）が、予混合室６２に流入する際に空気と拡散して混合ガスＧ２（図６参照）となった状態で、燃焼部２０における触媒燃焼に供される。
なお、予混合室６２の内部は空洞であってもよいが、図３１に示す本実施形態の変形例のように、計量ガス供給路６３の先端を先細の流入ノズル６２ｂから流入させたガスを内部に対流室６２ｃで対流させて、混合ガスＧ２とし、これを混合ガス供給路３６から流出させてもよい。
＜第６実施形態＞
本発明の第６実施形態に係る熱量計１０は、図３２に示すように、計量部５０と燃焼部２０との間の流路の管径を拡張した予混合流路６２ａを予混合部６０としている。換言すると、予混合流路６２ａは、上流側の計量ガス供給路６３と、下流側の混合ガス供給路３６との間に設けられる。計量部５０及び燃焼部２０については前記第１実施形態と同様である。本実施形態によっても、計量部５０で計量された所定体積のガスＧ１（図３参照）が、予混合流路６２ａを流れる間に流速が減少し、空気と混合して混合ガスＧ２（図６参照）となった状態で、燃焼部２０における触媒燃焼に供される。
＜第７実施形態＞
本発明の第７実施形態に係る熱量計１０は、図３３に示すように、計量部５０と燃焼部２０との間の流路の管径を縮小した予混合流路６２ａを予混合部６０としている。計量部５０及び燃焼部２０については前記第１実施形態と同様である。本実施形態によっても、計量部５０で計量された所定体積のガスＧ１（図３参照）が、予混合流路６２ａを流れる間に流速が増加し、空気と混合して混合ガスＧ２（図６参照）となった状態で、燃焼部２０における触媒燃焼に供される。
＜第８実施形態＞
本発明の第８実施形態に係る熱量計１０は、図３４に示すように、計量部５０と燃焼部２０との間の流路の管径を拡張した予混合流路６２ａの前後を、管径を縮小した予混合流路６２ａで挟んだものを予混合部６０としている。計量部５０及び燃焼部２０については前記第１実施形態と同様である。本実施形態によっても、計量部５０で計量された所定体積のガスＧ１（図３参照）が、空気と混合して混合ガスＧ２（図６参照）となった状態で、燃焼部２０における触媒燃焼に供される。なお、予混合部６０におけるガスの流速は、計量部５０から押し出された直後のガスの流速とは異なっている。
＜第９実施形態＞
本発明の第９実施形態に係る熱量計１０は、図３５に示すように、計量部５０と燃焼部２０との間の流路を屈曲させた予混合流路６２ａを予混合部６０としている。計量部５０及び燃焼部２０については前記第１実施形態と同様である。本実施形態によっても、計量部５０で計量された所定体積のガスＧ１（図３参照）が、空気と混合して混合ガスＧ２（図６参照）となった状態で、燃焼部２０における触媒燃焼に供される。なお、予混合部６０におけるガスの流速は、計量部５０から押し出された直後のガスの流速とは異なっている。
＜第１０実施形態＞
本発明の第１０実施形態に係る熱量計１０は、図３６に示すように、計量部５０と燃焼部２０との間の流路の内部空間を屈曲させる邪魔板６２ｄが設けられた予混合流路６２ａを予混合部６０としている。計量部５０及び燃焼部２０については前記第１実施形態と同様である。本実施形態によっても、計量部５０で計量された所定体積のガスＧ１（図３参照）が、邪魔板６２ｄの間を屈曲しながら空気と混合して混合ガスＧ２（図６参照）となった状態で、燃焼部２０における触媒燃焼に供される。なお、予混合部６０におけるガスの流速は、計量部５０から押し出された直後のガスの流速とは異なっている。
＜第１１実施形態＞
本発明の第１１実施形態に係る熱量計１０は、図３７に示すように、計量部５０と燃焼部２０との間の流路の内部に多孔質体で形成されたフィルター部６２ｅが設けられた予混合流路６２ａを予混合部６０としている。計量部５０及び燃焼部２０については前記第１実施形態と同様である。本実施形態によっても、計量部５０で計量された所定体積のガスＧ１（図３参照）が、予混合流路６２ａのフィルター部６２ｅを通過する間に空気と混合して混合ガスＧ２（図６参照）となった状態で、燃焼部２０における触媒燃焼に供される。なお、予混合部６０におけるガスの流速は、計量部５０から押し出された直後のガスの流速とは異なっている。
＜第１２実施形態＞
本発明の第１２実施形態に係る熱量計１０は、図３８に示すように、計量部５０と燃焼部２０との間に設けられる予混合室６２と、その上流側で流路の管径を拡張した予混合流路６２ａとを組み合わせて予混合部６０としている。計量部５０、燃焼部２０及び予混合室６２については前記第１実施形態と同様である。本実施形態によっても、計量部５０で計量された所定体積のガスＧ１（図３参照）が、予混合流路６２ａを流れる間に空気と混合し、さらに予混合室６２に流入する際に空気と拡散して混合ガスＧ２（図６参照）となった状態で、燃焼部２０における触媒燃焼に供される。なお、予混合部６０におけるガスの流速は、計量部５０から押し出された直後のガスの流速とは異なっている。
なお、図３９に示す変形例のように、予混合室６２の下流側に予混合流路６２ａを設けてもよい。また、図４０に示す変形例のように、予混合室６２の上流側及び下流側の両方に予混合流路６２ａを設けてもよい。
＜第１３実施形態＞
本実施形態の第１３実施形態に係る熱量計１０は、図４１に示すように、計量部５０と燃焼部２０との間に、例えばスタティックミキサーにより構成される混合部６２ｆを設け、ここに合流路６２ｇで空気を流入させ混合させた構成を予混合部６０としている。本実施形態によっても、計量部５０で計量された所定体積のガスＧ１（図３参照）が、混合部６２ｆで空気が合流することで、合流した空気と混合されて混合ガスＧ２（図６参照）となった状態で、燃焼部２０における触媒燃焼に供される。なお、予混合部６０におけるガスの流速は、計量部５０から押し出された直後のガスの流速とは異なっている。
なお、図４２に示す変形例のように、前記第５実施形態において予混合室６２の下流側に混合部６２ｆを設け、ここに合流路６２ｇで空気を流入させて混合させてもよい。また、図４３の変形例のように、第１実施形態の混合ガス供給路３６の途中に混合部６２ｆを設け、ここに合流路６２ｇで空気を流入させて混合させてもよい。
＜実施形態補足＞
上記各実施形態の熱量計１０を用いたガスの熱量計測においては、圧力条件及び温度条件を一定にするのが前提である。なお、熱量測定に関与する部位（特に、計量部５０及び予混合部６０）において、圧力及び温度を測定する手段を設け、その測定値を基に燃焼部２０で測定された熱量を導出部が補正することとしてもよい。
本発明の実施例として、前記した第１実施形態の熱量計１０を用いて、単位体積あたりの熱量は同じであるものの、含有水素濃度の異なるガスを燃焼させた際の熱量を上昇温度を比較した。用いたガスは、熱量が４５ＭＪ／Ｎｍ３の模擬都市ガス１３Ａであって、含有水素濃度０体積％（以下の記述及び図４４及び図４５において単に「％」と表記する。）のガスと、同じく熱量が４５ＭＪ／Ｎｍ３のガスで水素濃度が２０％のガスの２種類を使用した。
比較例として、前記した第１実施形態の熱量計１０において、予混合部６０を省いて、計量部５０と燃焼部２０とを直接連結したものを使用した。
また、計量管５２の容積は１．５ｍｌとし、予混合室６２の容積は５．０ｍｌとした。
上記実施例及び比較例の熱量計を用いて、以下のとおり燃焼実験を行った。すなわち、実施例及び比較例の両方について、まず、含有水素濃度０％のガスで５回連続上昇温度Δｔを測定し、続いて含有水素濃度２０％で５回連続上昇温度Δｔを測定した。この手順をもう一度繰り返した後、再度含有水素濃度０％のガスで５回連続上昇温度Δｔを測定した。比較例の結果を図４４に、また、実施例の結果を図４５にそれぞれ示す。なお、グラフの縦軸は上昇温度Δｔ（℃）、横軸は実験に供したガスの含有水素濃度を表す。また、各棒グラフは、５回測定した上昇温度Δｔの平均値を示す。
まず、図４４に示す比較例における燃焼実験では、単位体積あたりの熱量が同じであるにもかかわらず、ガスの成分の相違によって上昇温度Δｔの値に差が生じていた。すなわち、また、水素濃度２０％のうち最も高い、左から２番目の棒グラフの上昇温度の平均値Ａ（１２６．７℃）と、水素濃度０％のうち最も低い、右端の棒グラフの上昇温度の平均値Ｂ（１１８．８℃）との差は７．９℃であり、上昇温度の平均値Ｂに対するこの差の割合を誤差と定義すると、図中の矢印で示されるこの誤差は６．６％であった。
一方、図４５に示す実施例における燃焼実験では、上昇温度Δｔが比較例に比べて水素濃度０％のガスで２０℃程度高く、水素濃度２０％のガスで１０℃程度高いという結果となった。また、ガスの成分の相違による上昇温度Δｔの値の差は、比較例よりも小さくなった。すなわち、水素濃度２０％のうち最も高い、左から２番目の棒グラフの上昇温度の平均値Ａ（１３８．５℃）と、水素濃度０％のうち最も低い、右端の棒グラフの上昇温度の平均値Ｂ（１３７．４℃）との差は１．１℃であり、上昇温度の平均値Ｂに対するこの差の割合を誤差と定義すると、図中の矢印で示されるこの誤差は０．８％であった。
以上の結果から、予混合工程を取り入れることで、所定体積のガスが空気とよく混合されることで、無駄なく燃焼に供されるとともに、単位体積あたりの熱量が上昇温度によく反映されることが示された。
１０ 熱量計
２０ 燃焼部
５０ 計量部
５１ 流路切替バルブ
５２ 計量管
６０ 予混合部
６２ 予混合室
６２ａ 予混合流路
８０ 導出部

Claims (11)

  1. ガスを触媒燃焼させる燃焼部と、
    所定容積の計量管と、前記計量管へガスを流す流し状態、前記計量管へのガスの流れを遮断して前記計量管に所定体積のガスを保持させる保持状態、及び、前記計量管に空気を流して前記計量管に保持されたガスを押し出す押出状態に、流路を切り替える流路切替バルブと、を有する計量部と、
    前記計量部から押し出された前記所定体積のガスと空気とを触媒燃焼前に予め混合する予混合部と、
    前記予混合部によって空気と混合されたガスが前記燃焼部で触媒燃焼することで上昇した前記燃焼部の温度によって前記所定体積のガスに対応する熱量を導出する導出部と、
    を備える熱量計。
  2. 前記予混合部は、前記計量部と前記燃焼部との間に設けられる予混合室であって、前記所定体積のガスと空気とを滞留させる予混合室を有するとともに、前記予混合室では、前記所定体積のガスと空気とが滞留している間の拡散によって前記所定体積のガスと空気とが混合される、請求項１に記載の熱量計。
  3. 前記予混合部は、前記計量部と前記燃焼部とを連絡する予混合流路を有するとともに、前記予混合流路では、前記所定体積のガスが空気とともに流れる間に空気と混合される、請求項１に記載の熱量計。
  4. 前記予混合部は、前記計量部と前記燃焼部との間に設けられる予混合室であって、前記所定体積のガスと空気とを滞留させる予混合室と、前記計量部と前記燃焼部とを連絡する予混合流路であって、前記予混合室の上流側又は下流側の少なくとも一方に設けられる予混合流路とを有するとともに、
    前記予混合室では、前記所定体積のガスと空気とが滞留している間の拡散によって前記所定体積のガスと空気とが混合され、
    前記予混合流路では、前記所定体積のガスが空気とともに流れる間に混合される、請求項１に記載の熱量計。
  5. 前記予混合部は、前記計量部から押し出された前記所定体積のガスの流路に合流する空気の合流路を有し、前記合流路から流入した空気が、触媒燃焼前に前記所定体積のガスと予め混合される、請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の熱量計。
  6. 計量部が備える所定容積の計量管にガスを流す流し工程と、
    前記流し工程の後、前記計量管へのガスの流れを遮断して前記計量管に所定体積のガスを保持させる保持工程と、
    前記保持工程で前記計量管に保持された前記所定体積のガスを前記計量部から押し出す押出工程と、
    前記押出工程で押し出された前記所定体積のガスと空気とを燃焼部での触媒燃焼前に予め混合する予混合工程と、
    前記予混合工程によって空気と混合されたガスを前記燃焼部で触媒燃焼させる燃焼工程と、
    前記燃焼工程により上昇した温度によって前記所定体積のガスに対応するガスの熱量を導出する導出工程と、
    を備え、
    前記計量部が備える流路切替バルブであって、前記計量管へガスを流す流し状態と、前記計量管へのガスの流れを遮断して前記計量管に所定体積のガスを保持させる保持状態と、前記計量管に空気を流して前記計量管に保持されたガスを押し出す押出状態とに、流路を切り替える流路切替バルブを用いて、前記流し工程と、前記保持工程と、前記押出工程とをそれぞれ行う熱量計測方法。
  7. 前記予混合工程では、前記計量部と前記燃焼部との間に設けられる予混合室において前記所定体積のガスと空気とを滞留させている間の拡散によって前記所定体積のガスと空気とが混合される、請求項６に記載の熱量計測方法。
  8. 前記予混合工程では、前記計量部と前記燃焼部とを連絡する予混合流路を前記所定体積のガスが空気とともに流れる間に空気と混合される、請求項６に記載の熱量計測方法。
  9. 前記予混合工程では、前記計量部と前記燃焼部との間に設けられる予混合室において前記所定体積のガスと空気とを滞留させている間の拡散によって前記所定体積のガスと空気とが混合されるとともに、
    前記計量部と前記燃焼部とを連絡する予混合流路であって、前記予混合室の上流側又は下流側の少なくとも一方に設けられる予混合流路を前記所定体積のガスが空気とともに流れる間に空気と混合される、請求項６に記載の熱量計測方法。
  10. 前記予混合工程では、前記計量部から押し出された前記所定体積のガスの流路に合流する空気の合流路から流入した空気が、触媒燃焼前に前記所定体積のガスと予め混合される、請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載の熱量計測方法。
  11. 前記流し工程、前記保持工程、前記押出工程、前記予混合工程、前記燃焼工程、及び前記導出工程を、この順番で周期的に実施する請求項６から請求項１０までの何れか１項に記載の熱量計測方法。
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