JPH052059U

JPH052059U - カロリーメータ

Info

Publication number: JPH052059U
Application number: JP066866U
Authority: JP
Inventors: トマス・エル・ボール; ロバート・イー・ポコツク; シエアロン・エル・ジムマーリン
Original assignee: エルサグ・インタナシヨナル・ビー・ヴイー
Priority date: 1982-07-02
Filing date: 1991-07-30
Publication date: 1993-01-14
Also published as: DE3370541D1; AU558717B2; IN161033B; SG52287G; HK80487A; EP0098716A1; BR8303591A; US4433922A; JPS5923239A; EP0098716B1; MX153789A; ES8404813A1; ES523581A0; AU1623783A; KR900000823B1; KR840005553A; CA1183370A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】テストガスの発熱量を連続的に監視するため
のカロリーメータを提供する。【構成】定流量ポンプ１８，２２と、定流量ポンプ１
８，２２に接続され、テストガスおよび酸素含有ガスを
受け入れ完全に触媒燃焼させ、残留酸素を有する燃焼生
成物を生じさせるため、蛇行した構造を有する触媒燃焼
室１０を形成する手段と、燃焼室１０を加熱して触媒燃
焼を生じさせるための加熱手段と、燃焼室１０を形成す
る手段から燃焼生成物の一部を導くためのバイパス管路
と、該燃焼生成物の残余を導き且つ燃焼生成物の一部と
残部とを再結合するための別の管路と、バイパス管路を
経て触媒燃焼室１０に接続され、燃焼生成物の一部を受
け入れてこの生成物中の残留酸素を測定するための電気
化学的酸素測定セル６０と、セル６０に接続され、発熱
量に比例する燃焼室１０で消費された酸素の量に比例す
る値を発生するための回路手段とを具備する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【従来技術】

本考案は一般的にはカロリーメータに関し、詳しくいうと、テストサンプル中の可燃生成物を完全に、触媒により燃焼させる際に使用される酸素の量を測定する新規な、有益なカロリーメータおよび技術に関し、この酸素の量はテストサンプルの発熱量に比例する。

【０００２】種々の熱量測定技術が知られている。水流熱量測定法として知られた１つの技術は連続流のガスの燃焼によって熱が連続流の水に伝達されるという動作原理に頼るものである。水の量および燃焼されるガスの容積は分っており、水の温度の上昇が測定される。この技術の欠点は包囲体を備えた熱交換器による応答時間の損失および燃焼生成物から水への熱の完全な伝達を保証することが困難なことである。

【０００３】差動膨張熱量測定法として知られた他の技術はシグマ・インスツルメント社（ Sigma Instrument Company Limited）によって使用されており、「トラブルのない記録のためのマークＩＩ記録カロリーメータ」と題する同社の刊行物に開示されている。この装置においては、特定ガスの熱容量は高温の燃焼生成物を２つの同心的に取付けられた金属管体中に通すことによって得られる。これら管体の差動膨張は燃焼しているガスの熱入力に直接の関係を有する。この技術の欠点は、特に計器が不均等に加熱される恐れがある包囲体を備えた熱交換器にある。

【０００４】本考案は燃焼に必要な酸素の量がガスの発熱量に比例するという既知の現象を利用する。本考案はこの原理を利用し、電気化学的測定セル、特にZrO₂燃料電池を使用して、既知のサンプルの酸素含有ガスがテストガスを酸化するために使用された後、この酸素含有ガスに残存する酸素の量を測定する。この燃料電池は公知であるので詳細には説明しないが、一例は例えば米国特許第3、597、345 号に示されている。

【０００５】本考案によれば、テストガスの発熱量は制御機能のために、あるいは単に指示値として使用できる実時間測定において得ることができる。

【０００６】テストまたはサンプルガスの完全な酸化のために、約１５００°Ｆの高温度に上昇される触媒燃焼室が使用される。この触媒燃焼は、火炎燃焼が反応生成物による未反応分子のマスキングのために完全な酸化をほとんど達成できないので、火炎燃焼よりも利用される。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題、考案の構成】

それゆえ、本考案の目的はテストガスの発熱量を連続的に監視するためのカロリーメータを提供することであり、このカロリーメータは既知の定容積流量のテストガスを供給するための第１の定流量手段と、テストガスを完全に酸化させるのに必要な量よりも多い既知の酸素量を有する既知の定容積流量の酸素含有ガスを供給するための第２の定流量手段と、触媒を含み、かつ前記第１および第２の定流量手段に接続されており、テストガスおよび酸素含有ガスを受け入れてテストガスを酸素含有ガス中の酸素で完全に触媒燃焼させ、テストガスの発熱量に比例する量の酸素を消費させるための触媒燃焼室を形成する手段と、触媒燃焼のために前記燃焼室を加熱するための加熱手段と、前記燃焼室に接続され、この燃焼室から触媒燃焼の生成物を受け入れ、この生成物中に残存する酸素の量を測定するための電気化学的酸素測定セルと、該セルに接続され、既知の容積流量の酸素と生成物中に残存する酸素との差に比例する、したがって消費された酸素の量に比例し、またテストガスの発熱量に比例する値を発生するための回路手段とを具備している。

【０００８】本考案のさらに他の目的は設計が簡単で、頑強な構成を有し、かつ経済的に製造することができるカロリーメータを提供することである。

【０００９】以下、本考案の好ましい実施例について添付図面を参照して詳細に説明する。

【００１０】

【好ましい実施例の説明】

第２図には本考案を実施したカロリーメータが総括的に参照符号５０で示されている。このカロリーメータ５０は測定セル６０を使用し、加熱ブロック１２内に形成された触媒燃焼室１０内の燃焼生成物の混合物に残存する酸素の量を測定する。加熱ブロック１２は１４で概略的に表わされた加熱素子によって加熱される。

【００１１】酸素含有ガス、好ましくは空気、は入力管路１６を通じて定流量ポンプ１８に与えられる。定流量ポンプ１８は、適当な切換値を有する往復シリンダポンプのような、定容積流量を供給するように正確に調整することができる任意形式のものでよい。定流量ポンプ１８の動作はまた、空気の比重の変化に対して補償を必要としないように一定圧力を保証するように調整することができる。例えば、燃料あるいは他の酸化可能なガスでよいサンプル、すなわちテストガスはテストガス入力管路２０を通じて別の定流量ポンプ２２に与えられる。かくして、サンプルガスならびに空気の容積流量が分る。２つのガスは混合され、テストサンプル中の可燃性要素の完全な燃焼のために蛇行している触媒燃焼室１０に与えられる。加熱素子１４は加熱ブロック１２を約１５００°Ｆの温度に保持するように動作し得る。今減少した酸素を有する生成物は触媒燃焼室１０から管路２４を通じて供給される。この流れは測定セル６０に至るバイパス管路と管路２６とに分割される。セル６０の後でガスは再結合され、管路２８を通じて出口に与えられる。検査プラグ３０、３２がこのシステムにおける種々の管路を検査するために設けられてもよく、また、燃焼生成物のサンプルを引き出すためにテストガス放出口３４を設けてもよい。

【００１２】測定セル６０は例えば前記した米国特許に開示された形式の既知の電気化学的 ZrO₂燃料電池であることが好ましい。

【００１３】測定セル６０によって発生される信号は回路３６によって処理される。回路３６は測定セル６０からの信号を分析し、燃焼混合物中に残存する酸素の量を決定するように動作し得る。定流量ポンプ１８によって最初に供給される酸素の量、ならびに定流量ポンプ２２によって供給されるテストサンプルすなわち燃料の量は既知であるから、触媒燃焼室１０において実際に消費された酸素の量は計算でき、この酸素の量はテストガスの発熱量に比例する。

【００１４】第１図は種々の可燃性ガスまたは燃料の燃焼に使用される酸素のＢＴＵ単位での発熱量と酸素の量との直線関係を立証するものである。表１に示すように、種々の可燃性ガスの発熱量は同じ量のテストガスを完全に燃焼させるのに必要な酸素の量に正比例する。これら値および他の関連する情報はオハイオ州サンダスキイのハンドブック・パブリッシャーズ・インクから１９５２年に発行されたエヌ・エイ・ランゲ（N.A. Lange) 著「ハンドブック・オブ・ケミストリイ」の第８０２〜８０３頁から得ることができる。

【００１５】

【表１】

【００１６】本考案によれば、ポンプ２２によって供給されるサンプルガスのすべての酸化可能な成分を完全に燃焼させるのに十分な量より多い空気がポンプ１８によって提供されねばならないということを言及しておく。これは燃焼生成物中に酸素が残存することを保証する。

【００１７】必要とされる酸素の量は燃焼またはテストガスの水素−炭素の比に必ずしも依存しないから、本考案は例えば表１に記載したような多種類の燃料に対して使用できる。

【００１８】触媒燃焼はテストサンプルにおけるすべての可燃性生成物を完全に燃焼させる可能性があるので火炎燃焼よりも好ましい。触媒の効力が減退する問題を克服するために、比較的大きな触媒床が燃焼室１０において使用され、触媒の寿命を長くしている。

【００１９】本考案によれば、従来技術のカロリーメータにおいて通常生ずる時間遅延なしに発熱量を迅速に得ることができ、その作用効果は顕著である。また、触媒燃焼室が蛇行した構造を有することによりテストサンプルの完全燃焼が行なわれるという効果を、また、バイパス管路が燃焼生成物の一部を導き、別の管路が残余の燃焼生成物を導き且つ燃焼生成物の一部と燃焼生成物の残余とを再結合する構成を採用しているので燃焼生成物の一部だけを分析すれば足りテストサンプルの発熱量を連続的に監視できるという効果を、さらに酸素含有ガスやテストガスは定流量ポンプで供給されるのでオリフィス等の圧力調整器を設ける必要がない等の効果をも併せて奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃焼に必要な酸素の立方フィート対ＢＴＵ単位
での発熱量の関係を示すグラフ図である。

【図２】本考案による装置の一実施例を示す概略構成図
である。

【符号の説明】

１０触媒燃焼室１２加熱ブロック１４加熱素子１６入力管路１８定流量ポンプ２０テストガス入力管路２２定流量ポンプ３０検査プラグ３２検査プラグ３４テストガス放出口３６回路５０カロリーメータ６０測定セル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者ロバート・イー・ポコツク米国オハイオ州ハイランド・ハイツ、ウエスト・ミル・ドライブ1058 (72)考案者シエアロン・エル・ジムマーリン米国オハイオ州シヤグリン・フオールズ、エルム・コート180

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】既知の定容積のテストガスを供給するた
めの第１の定流量ポンプと、前記テストガスを完全に酸
化させるのに必要である量よりも多い既知の酸素の量を
有する既知の定容積の酸素含有ガスを供給するための第
２の定流量ポンプと、前記第１および第２の定流量ポン
プに接続されており、前記テストガスおよび酸素含有ガ
スを受け入れて前記テストガスを前記酸素含有ガスのあ
る量の酸素で完全に触媒燃焼させ、残留酸素を有する燃
焼生成物を生じさせるため、蛇行した構造を有する触媒
燃焼室を形成する手段と、該触媒燃焼室を加熱して触媒
燃焼を生じさせるための加熱手段と、前記触媒燃焼室を
形成する手段からの前記燃焼生成物の一部を導くための
バイパス管路と、該燃焼生成物の残余を導き且つ燃焼生
成物の前記一部と前記残部とを再結合するための別の管
路と、前記バイパス管路を経て前記触媒燃焼室に接続さ
れ、前記燃焼生成物の前記一部を受け入れてこの生成物
中の残留酸素を測定するための電気化学的酸素測定セル
と、該セルに接続され、既知の容積の酸素と残留酸素の
量間の差に比例する、したがって前記テストガスの発熱
量に比例する前記燃焼室で消費された酸素の量に比例す
る値を発生するための回路手段とを具備することを特徴
とするテストガスの発熱量を連続的に監視するためのカ
ロリーメータ。
【請求項２】前記第１および第２の定流量ポンプが往
復シリンダポンプからなる請求項１のカロリーメータ
ー。
【請求項３】前記電気化学的酸素測定セルがＺｒＯ₂
燃料電池からなる請求項１のカロリーメーター。