JPH0339623A - 熱量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 夫髭立夏 本発明は、熱量計、より詳細には、熱式流量計と層流流
量計とを直列に接続して熱式流量計の出力を一定にする
条件で層流流量計の圧力損失を検知することにより、該
損失圧力の関数として得られる燃料混合ガスの熱量を計
測する簡易な燃料混合ガスの熱量計に関する。

災米挟先 燃料ガスおよび天然ガスは、その製造出荷時において熱
量および燃焼性を検知記録することが法的に規定されて
おり、この規定に基づいて混合ガスの熱量を計測する熱
量計が定められている０代表的な熱量計としてユンカー
ス式流水熱量計がある。この熱量計の原理は、混合ガス
の燃料を空気と共に完全に燃焼させ、燃焼して生じた廃
ガスを最初のガス温度迄冷却して生成水蒸気を凝縮させ
。

発生した熱の総量を熱量計に流れる水に吸収させること
により、一定の混合ガス試料に対応する流水量と、該流
水の流入口および流出口における温度の温度差とを乗算
し、この乗算結果から総熱量を求めるものである。この
熱量計は、基準熱量計として使用されているが、試験に
おいては、水温と室温との温度差を±０．５℃の範囲内
で一致させるとか、１回の測定時間内における水の温度
変化を０．０５℃以内に保つことが条件とされる等、測
定環境においての規定が厳しく、また、測定の応答性も
悪いので精度試験には適しているが生産ラインに適しな
いため、別に遠心形の熱量計を使用することも認められ
でおり、通常、熱量の測定は、遠心形の熱量計により連
続的に行われている。

遠心形の熱量計は、燃料ガスおよび空気を各々流量計に
より計量して混合し、これもバーナで燃焼させ、燃焼し
て生じた排ガスの温度と、燃焼用空気のバーナ入口にお
ける温度とを熱電対等の温度検出器により検出して各々
の温度差を求め、一方、燃料ガスの空気に対する比重を
検知して、試料ガスの総発熱量と、該試料ガスの空気に
対する比重の平方根との比であるウオツベ指数（Ｗ、Ｉ
と呼ぶ）を求め、被検燃料ガスの熱量をＷ、Ｉと試料ガ
スの空気に対する比重の平方根との積として算出するも
のである。その他の熱量検知方法として、混合ガスの熱
量が、該混合ガスの密度に比例することが実験的に確か
められており、混合ガスの密度計測結果から熱量を算出
することも試みられている。

従」ｑ赴匪免ｍ護 上述した遠心形の熱量計は、高精度な基準熱量計である
エンカース式流水形熱量計に代わる実用形の熱量計であ
るが、測定値がドリフトするため計測精度が低く一回の
連続運転時間に２回の割合で、前記エンカース式流水形
熱量計と比較し、計測値を補正している。この補正操作
は煩わしいものであり、また、密度を検知する方法にお
いては、密度計が１通常、高価である等の問題点があり
。

安価、簡易に熱量を求めることはできなかった。

、　占　２のための 本発明は、上述した従来の熱量計測手段の問題点を解決
するためになされたもので、混合ガスの物性として熱量
は密度に比例し、定圧比熱、粘度に逆比例することを熱
式流量計と層流流量計の各々の流量測定原理に適用する
ことにより簡易で正確な熱量計を提供することを目的と
したもので、その要旨とするところは、燃料ガスを層流
で流通する流管に巻回された抵抗線と一定電流で加熱す
る加熱手段の前後流における温度差から燃料ガスの質量
流量を検知する熱式流量計と、層流素子両端間を流通す
る燃料ガスの圧力差に比例した体積流量を検知する層流
流量計とを直列に接続し、熱式流量計の前記温度差を一
定にして得られる前記層流流量計における層流素子間差
圧を検知し、燃料ガスの熱量を該差圧に逆比例した量と
して算出する熱量計を提出するものである。

失−産一似 現在都市ガスとして使用されている燃料ガスは、液化天
然ガス（以下単にＬＮＧと呼ぶ）を基ガスとして所定熱
量を得るためにプロパン、ブタン等の高熱量の炭化水素
ガスを混合している。ＬＮＧはメタンを主成分としてい
るが、各産地によりメタンの含有量が異なり、従って、
熱量も異なっているので、各産地のＬＮＧに混合される
プロパン、ブタンガスの配分量が定められている。これ
ら混合ガスに関して熱量と密度ρ、定圧比熱Ｃｐ（以下
単に比熱と呼ぶ）と粘度μ、との関係を熱量を横軸に密
度ρ、比熱Ｃｐ、粘度μを縦軸にしめした実測値の例を
第３図に示した。即ち、混合ガスの熱量は密度に比例し
、比熱、粘度に逆比例するという関係がある。一方、第
４図は、熱式流量計の原理ｔａ戒を示すもので、図にお
いて、５０は熱伝導性の優れた流管で矢標方向から密度
ρ、比熱Ｃｐの燃料ガス等の流体が流量Ｑ、レイノルズ
数２００以下の層流で流通している。５１は流管５０中
央部に捲回された抵抗線からなる加熱ヒータで、端子５
１ａ、５１ｂより一定電力で加熱されている。５２．５
３は抵抗線で各々ヒータ５１の前後流において流管５０
を捲回しており、流量Ｑ＝Ｏのとき各々等しい抵抗値を
もっていて、流れによる抵抗値の変化を、該抵抗５２．
５３を各々ブリッジの２辺としたブリッジ回路より求め
る。

端子５２ａ、５３ａ、５３ｂは図示しないブリッジ回路
の端子を示すものである。このような構成の熱式流量計
の流管５０の管壁から流体への熱伝導は流体のＭ流境界
層を通して行われ、且つ、該層流境界層の厚さに比例す
ることから、ブリッジ出力Ｖは比例定数をＫｔとして、 Ｖ　”　Ｋ　＞ρ・Ｃｐ−Ｑ　　・・・・・・・・・（
１）の関係があることが知られ、既知の比熱ＣＰの流体
であれば、質量流量ρ・Ｑに比例した出力■が得られる
。また、第５図は、半径ｒ、長さ悲の流管６０内を層流
流量Ｑが流通する周知の層流流量計を示すもので、６１
は圧力差をΔＰを発生させるための層流素子で、細管ま
たは格子等から構成される。流入圧ＰＬ、流出流出圧上
２て差圧計７により測定された圧力差ΔＰは、流体が粘
度μの気体であるときハーゲンボアゼイユの式として、
流量Ｑは、 であられされる。（２）式において流入圧Ｐｌが高く差
圧ΔＰが低い場合は、Ｐｔ＋Ｐｚ／Ｐｔ去２としてもよ
く、流量Ｑは差圧ΔＰに比例して求められる。

本発明の熱量計は、熱式流量計と層流流量計とを直列接
続して同一流量出力で燃料ガスを流通することにより叙
上の熱式流量計および層流流量計の関係式（１）、（２
）式と、第３図に示した燃料ガスの物性と熱量との関係
とから熱量を求めるものである。第３図の関係は次の（
ａ　）、（ｂ　Ｌ（ｃ　）をあられす。

（ａ）燃料ガス密度ρと熱量Ｈとの関係よりρ＝　Ｋ　
ｘ　Ｈ（Ｋ　ｚ　：定数）・・・・・・・・・（３）（
ｂ）燃料ガス比熱Ｃｐと熱量Ｈとの関係よりＣＰ＝に３
／Ｈ（Ｋａ：定数〉・・・・・・・・・（４）（ｃ）燃
料ガス粘度μと熱量Ｈとの関係よりμ＝に４／μ　　・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・（５）即ち、上記（３）、（４）、（５）式を示す。

（１）式に、（３）、（４）式を代入すると、Ｖ　”　
Ｋ　１Ｋ　ｚ　Ｋ　３　Ｑ　＝　Ｋ　ｓ　Ｑ　　・・・
・・・・・・・・・・・・（６）ただし、Ｋ１に２に３
＝　Ｋ。

（２）式は、ｐｔ＋ｐｚ／Ｐ工＝２として（５）式を代
入すると、 冗Ｒ４ となる。

（７）式を（６）式に代入し、出力Ｖを一定として定数
をＫであられすと、次の（８）式 が求められる。即ち、燃料ガスの熱ｉＨは差圧ΔＰに逆
比例した関係として演算可能となる。

第１図は、叙上の原理を具現する本発明の熱量計の構成
を示すものである。図において、１は被測燃料ガスを流
通する流路、２は燃料ガスの圧力を一定圧力に減圧する
減圧弁、３はフィルタ、４は圧力計、１２は断熱槽、５
，６，７は該断熱槽内に収納される前述の各々熱式流量
計、層流流量計および差圧計で、前述の原理に基づくも
のである。８は熱式流量計５の流量出力を一定に設定す
る流量設定制御装置で、最大流量を１００％として百分
率で流量出力を設定し、設定された流量に制御される。

１０は断熱槽■２内の温度を測定する測温体、９は該測
温体１０の測温値と差圧ΔＰ倍信号基づいて熱量を演算
する演算器であり、演算結果は熱量表示器１１で表示さ
れる。断熱槽１２内の流路１ａ部は流路１の熱影響によ
るひずみを除去するために該流路１をコイル状に巻回し
たものである。第１図は、（８）式を具現するための具
体例を示すものであるが、測温体１０は熱式流量計５の
出力を一定にした場合において質量流量は一定となるが
、該質量流量における体積流量Ｑと層流流量計の流量Ｑ
との差異を補正するためのもので、断熱４９１２内の温
度を一定に制御することにより測温体１０を除去するこ
とができる。

第２図は、他の実施例を示すもので１図において、第１
図と同一の構成要素には第１図の場合と同一符号を付し
て説明を省＜、１０５は周知のバイパス形の熱式流量計
で第１図における熱式流量計５と層流流量計６とを一体
にしたもので、第６図に示したバイパス形熱式流量計の
原理構造を有するものである。第６図において、６００
は燃料ガスの流通する主流管で、中央に層流素子′６１
０を嵌挿している。５００は前記主流管６００の層流素
子６１０前後流部管壁５０１，５０２に開口するバイパ
ス管で、該バイパス管５００には第４図の熱式流量計に
おけるヒータ５１、抵抗線５２゜５３が捲回され、バイ
パス形熱式流量を構成している。抵抗Ｒ□、Ｒ２は抵抗
線５２．５３とで構成されるブリッジの２辺をなす抵抗
で、Ｅは該ブリッジに印加される電源である。ブリッジ
回路出力は成上の如くバイパス管５００の質量流量を計
測するものであるが、該バイパス９５００および主流管
６００内の流れは共に層流であるから、主流管６００の
質量流量はバイパス管５００の質量流量を検知すること
により求められる。即ち、差圧一定の層流で流れる流管
流量は流管抵抗に逆比例関係にあり、バイパス管５００
および主流管６００内の抵抗が予め知られていることに
よる。

従って該バイパス形熱式流量計の場合もバイパス管５０
０の流量出力Ｖを一定にすると（８）式が適用でき、燃
料ガスの熱量Ｈは差圧ΔＰに逆比例した関係から求めら
れる。第２図に戻って、１００は熱式流量計１０５の流
量を該熱式流量計１０５出力と設定値とを比較し、出カ
一定に制御する周知の制御弁で、第７図にその概要を示
す、第７図において１０２は、前記流量設定制御装置８
０の比較信号に応じた電流で邸動されるコイルで、継鉄
１０３を有するケーシング１０１に収納され。

燃料ガス流量Ｑを上下流６００ａ、６００ｂに区分する
弁孔１０６ａを穿設する弁座１０６と協働する弁１０４
ａを電磁邸動する。弁１０４ａは板ばね１０５で弾性支
持され、コイル１０２の励磁電流に応じて電磁力を受け
るプランジャ１０４に一体構成される。尚、プランジャ
１０４は該プランジャ１０４に作用する電磁力と板ばね
１０５の弾性力と平衝する変位を受ける。成上の如く、
第２図の実施例においては、バイパス形熱式流量計１０
５と制御弁１００および流量設定制御装置８０とは（８
）式を満足する演算を行う、この場合も断熱槽１２は恒
温槽であってもよい、又、第６図において熱式流量計の
層流素子６１０部は流路を閉止する遮閉板とし、細管５
００のみとしてもよい。尚、図においてはバイパス形熱
式流量計１０５と制御弁１００とを分離しているが一体
構成したものでもよい。また、（１）式の関係式の成立
する熱式流量計であれば第４図、第６図に示した熱式流
量計でなくとも可能である。

募−一来 成上のごとく本発明の熱量計によれば、極めて簡単な手
段により高精度に混合燃料ガスの熱量を計測できる。ま
た、断熱槽内の温度変化も小さいので、安定した熱量が
得られ、簡易熱量計として基準熱量計の補助手段を安価
に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による熱量計の一実施例を示す構成例
、第２図は、他の実施例を示す構成例、第３図は、燃料
ガスの物性と熱量との関係を示す図、第４図は、熱式流
量計の原理図、第５図は、層流流量計の原理図、第６図
は、バイパス形熱式流量計の原理図、第７図は、制御弁
の原理図である。 １・・・流路、５，１０５・・・熱式流量計、６・・・
層流流量計、８・・・流量設定制御装置、９・・・演算
器、１０・・・測温体、１１・・・熱量表示器、１２・
・・断熱槽。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　１、燃料ガスを層流で流通する流管に巻回された抵抗
   線と一定電力で加熱する加熱手段の前後流における温度
   差から燃料ガスの質量流量を検知する熱式流量計と、層
   流素子両端間を流通する燃料ガスの圧力差に比例した体
   積流量を検知する層流流量計とを直列に接続し、熱式流
   量計の前記温度差を一定にして得られる前記層流流量計
   における層流素子間差圧を検知し、燃料ガスの熱量を該
   差圧に逆比例した量として算出することを特徴とする熱
   量計。 　２、層流素子を介装した主管と該層流素子を挾む主管
   管壁に開口し、該主管のバイパス流路をなす細管と、該
   細管を加熱する加熱手段と、該加熱手段により加熱され
   て得られる流体の前記加熱手段前後流の温度差を求める
   温度差検出手段とを有し、前記主管を流通する燃料ガス
   の質量流量を検知する熱式流量計、および、該熱式流量
   計における前温度差に比例して変位駆動する駆動手段と
   、該駆動手段に連動して流路を開閉する弁手段とからな
   る制御弁とからなり、前記熱式流量計の温度差信号と基
   準電圧とを比較し、該比較値に基づいて前記制御弁の駆
   動手段を燃料ガス流量が基準電圧に定められた流量出力
   に制御する質量流量制御装置において燃料ガスの熱量を
   前記熱式流量計における主管層流素子間の差圧に逆比例
   した量として燃料ガス熱量を算出することを特徴とする
   請求項１記載の熱量計。 　３、熱式流量計と層流流量計とを保温室内に収納し、
   燃料ガス比熱を保温室内の温度に基づいて補正すること
   を特徴とする請求項１又は２記載の熱量計。 　４、熱式流量計と層流流量計とを設定された一定雰囲
   気温度に保持する恒温槽内に収納したことを特徴とする
   請求項１又は２記載の熱量計。