JPH0875688A

JPH0875688A - 熱量計

Info

Publication number: JPH0875688A
Application number: JP21102694A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Muto; 裕行武藤
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1994-09-05
Filing date: 1994-09-05
Publication date: 1996-03-22
Anticipated expiration: 2016-02-19
Also published as: JP3136553B2

Abstract

(57)【要約】【目的】周囲環境やガスの変動の影響を受け難く、連
続的にそのガスの発熱量を測定できるようにすることを
目的とする。【構成】測定対象ガスの熱伝導度が変化すると、ＴＣ
Ｄ１の発熱温度Ｔ_Rh（抵抗値Ｒｈも）を一定に保とうと
するために回路への印加電圧が変化する。この印加電圧
の変化により熱伝導率算出部４で算出した熱伝導率λｍ
を用い、熱量算出部５において「Ｈ＝−５４９．７×λ
ｍ＋３５５６２．９」の関係により、測定対象ガスの発
熱量Ｈを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、天然ガスを主原料と
する都市ガスなどの発熱量を測定する熱量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ガスの発熱量は、ガス品質を管理す
る上で重要な項目である。このため、ガス製造所やガス
製造工場では、製造している都市ガスが常時一定の発熱
量になるように、熱量調整設備で複数のガスを混合して
いる。熱量計は、この都市ガスの発熱量を測定するため
に用いられ、ガスを燃焼させて発熱量を計測する最も基
本的な方法と、ガス密度と発熱量の関係を利用して発熱
量を計測する方式などがある。

【０００３】このガスを燃焼させて発熱量を計測する熱
量計は、高圧酸素を封入したボンブの中で試料ガスを完
全燃焼させて、このとき発生する熱を一定量の水に伝え
て、燃焼前後の水温上昇を測定することにより、試料ガ
スの燃焼熱を得るようにしたものである。一方、ガス密
度式の熱量測定方式は、発熱量と密度が一次式で近似で
きるため、高速応答性が要求される熱量調整設備では発
熱量の代わりにガス密度を制御上のパラメータとして用
いている。また、発熱量を求めるガスの組成成分の濃度
をガスクロマトグラフを用いてそれぞれ測定し、測定で
得られた濃度それぞれに発熱量をかけて、総発熱量を算
出する方法もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法に
よる熱量測定では、以下に示すような問題点があった。
まず、燃焼式熱量計では、ガスを燃焼させる必要がある
ので応答が遅く、また、周囲の環境変化による温度変化
の影響が大きいという問題があった。また、ガス密度式
の熱量測定では、測定するガスの温度や圧力の影響を受
けるという問題があった。一方、ガスクロマトグラフを
用いる方法では、その測定が間欠的となり、連続分析が
できず、応答が遅いという問題があった。

【０００５】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、周囲環境やガスの変動の
影響を受け難く、連続的にそのガスの発熱量を測定でき
るようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の熱量計は、所
定の温度に定温度駆動された発熱抵抗体に熱が伝導する
状態で測定対象のガスを流したときの、その発熱抵抗体
がその発熱温度を一定にしようとするために変動する印
加電圧の変化によりガスの熱伝導率を測定する熱伝導率
測定手段と、ガスの熱伝導率と発熱量の関係を用い、熱
伝導率測定手段が測定したガスの熱伝導率より、ガスの
発熱量を算出する熱量算出手段とを備えたことを特徴と
する。また、その測定対象のガスが複数の低級炭化水素
から構成され、用いる関係が１次式で近似されているこ
とを特徴とする。

【０００７】そして、そのガスは天然ガスを主成分と
し、その熱伝導率と発熱量の関係は発熱量＝−５４９．
７×熱伝導率＋３５５６２．９であることを特徴とす
る。また、やはりそのガスは天然ガスを主成分とし、そ
の熱伝導率と発熱量の関係は発熱量＝−５１６．５２×
熱伝導率＋３３９８８．４であることを特徴とする。

【０００８】

【作用】雰囲気の圧力や温度変化にあまり左右されない
熱伝導率測定により、ガスの発熱量が求まる。

【０００９】

【実施例】以下この発明の１実施例を図を参照して説明
する。図１は、この発明の１実施例である熱量計の概略
構成を示す構成図である。同図において、１は測定対象
ガスの給送通路に配置された測温抵抗体（ＴＣＤ）、Ｒ
１，Ｒ２，Ｒ３は抵抗、３は比較器、４はＴＣＤ１のそ
の発熱温度を一定にしようとするために変動する回路に
印加する電圧（出力電圧Ｖ）の変化によりＴＣＤ１を通
過したガスの熱伝導率を算出する熱伝導率算出部、５は
熱伝導率算出部４が算出した熱伝導率を用い発熱量を算
出する熱量算出部である。そして、ＴＣＤ１，抵抗Ｒ
１，Ｒ２，Ｒ３により恒温槽６内でホイートストンブリ
ッジが組まれ、このブリッジと比較器３からなる回路に
より、ＴＣＤ１の温度が常に一定となるように電流制御
がなされている。

【００１０】以下、まず熱伝導率の測定に関して説明す
る。測定対象ガスがＴＣＤ１に給送されると、そのガス
の熱伝導率に比例した熱をＴＣＤ１より奪う。これによ
り、常に一定温度にしておこうとするＴＣＤ１の発熱温
度Ｔ_Rhが変化し、その抵抗値Ｒｈが変化する。このと
き、抵抗Ｒ１とＴＣＤ１との接続点に生ずる電圧は、出
力電圧Ｖとして比較器３の反転入力へ与えられる。一
方、抵抗Ｒ３とＲ２との接続点に生ずる電圧は比較器３
の反転入力へ与えられる。そして、ＴＣＤ１の温度変化
が出力電圧Ｖの変化ΔＶとして検出される。

【００１１】比較器３は、この検出した出力電圧Ｖの変
化ΔＶに基づいて、ＴＣＤ１へ流れる電流ｉを制御し、
ＴＣＤ１の抵抗値Ｒｈを一定（Ｒｈ＝（Ｒ１×Ｒ２）／
Ｒ３）に保つ。これにより、出力電圧Ｖが変化してＴＣ
Ｄ１の発熱温度Ｔ_Rhが一定に保たれる。ＴＣＤ１の発熱
温度Ｔ_Rhが一定に保たれることは、下記（１）式を見て
も分かる。すなわち、ＴＣＤ１は白金薄膜抵抗体であ
り、その抵抗値Ｒｈは（１）式で示され、ＴＣＤ１の抵
抗値Ｒｈを一定に制御すれば、同時に発熱温度Ｔ_Rhも一
定に保たれる。

【００１２】Ｒｈ＝Ｒｈ₂₀｛１＋α₂₀・（Ｔ_Rh−20）＋β₂₀・（Ｔ_Rh−20）²｝・・・（１）なお、（１）式において、Ｒｈ₂₀は２０℃におけるＴＣ
Ｄ１の抵抗値（Ω）、α₂₀は２０℃におけるＴＣＤ１の
１次抵抗温度係数、β₂₀は２０℃におけるＴＣＤ１の２
次抵抗温度係数である。

【００１３】ここで、ＴＣＤ１から周囲に伝わる熱量Ｑ
_Tは、下記（２）式で示される。なお、（２）式におい
て、Ｑ_Gは熱伝導により測定対象ガスに伝わる熱量、Ｑ
_SはＴＣＤ１を構築するダイヤフラム（シリコン）およ
び抵抗パターンを通してシリコン台座に伝わる熱量、Ｑ
_Cは対流（強制対流および自然対流）により伝わる熱
量、Ｑ_Rは輻射により伝わる熱量である。

【００１４】Ｑ_T＝Ｑ_G＋Ｑ_S＋Ｑ_C＋Ｑ_R ・・・（２）

【００１５】そして、（２）式における熱量Ｑ_Tは、さ
らに、下記（３）式として表現される。なお、この式に
おいて、Ｔ_RR2は恒温槽６の温度（℃）、λｍは測定対
象ガスの熱伝導率（ｗ／ｋ・ｍ）、Ｇは装置定数
（ｍ）、λ_siはダイヤフラムおよび抵抗パターンの熱伝
導率（ｗ／ｋ・ｍ）、Ｇ_Sはダイヤフラムおよび抵抗パ
ターンにおける装置定数（ｍ）である。

【００１６】Ｑ_T=（Ｔ_Rh-Ｔ_RR2）・λｍ・Ｇ+（Ｔ_Rh-Ｔ_RR2）・λ_si・Ｇ_S+Ｑ_C+Ｑ_R ・・・（３）

【００１７】この（３）式において、ＧおよびＧ_Sはガ
ス組成によって変化せず、Ｑ_C，Ｑ_RはＱ_G，Ｑ_Sに比
べて十分小さな値（または一定値）であり、λ_siも一定
と考えられる。また、Ｔ_Rh，Ｔ_RR2は一定にコントロー
ルされるので、上記（３）式はＡ，Ｂを固有の装置定数
（運転状態を含めた形状係数）として、下記（４）式で
示され、一方で下記（５）式でも示すことができる。

【００１８】Ｑ_T＝Ａ・λｍ＋Ｂ・・・（４）

【００１９】Ｑ_T＝ｉ²・Ｒｈ＝Ｖ²／Ｒｈ・・・（５）

【００２０】そして、Ｑ_T＝Ａ・λｍ＋Ｂ＝Ｖ²／Ｒｈ
であるので、測定対象ガスの熱伝導率λｍは下記（６）
式で表されるものとなる。

【００２１】 λｍ＝（Ｖ²／Ｒｈ−Ｂ）／Ａ・・・（６）

【００２２】ここで、固有の装置定数Ａ，Ｂが分かれ
ば、出力電圧Ｖを上記（６）式に代入することにより、
測定対象ガスの熱伝導率λｍを求めることができる。そ
して、熱量算出部５において、この熱伝導率λｍを用
い、以下の（７）式により測定対象ガスの発熱量Ｈを算
出する。

【００２３】Ｈ＝−５４９．７×λｍ＋３５５６２．９・・・（７）

【００２４】ここで、測定対象となる液化天然ガスをベ
ースとした都市ガスは、メタンを主成分とする炭化水素
の混合物であり、その組成は以下の表１に示すとおりで
ある。なお、表１中で、熱伝導率はガス温度１１４℃で
の測定におけるものである。

【００２５】

【００２６】そして、測定対象ガスの発熱量は、９５０
０〜１２０００ｋｃａｌ／Ｎ・ｍ³の範囲で変化する。
ここで、上述した成分より構成される天然ガスベースの
都市ガスの発熱量は約１１０００Ｋｃａｌ／Ｎｍ³ であ
り、この近傍では、メタンガスとエタンガスの熱伝導率
と発熱量との点を結んだ直線で、その都市ガスの発熱量
と熱伝導率の関係が近似できた。上述した（７）式が、
このメタンとエタンの熱伝導率と発熱量との点を結んだ
直線を示すものである。

【００２７】ここで、以下の表２に示すガス組成のサン
プルガスの熱伝導率を測定したところ、その結果と発熱
量とは、図２に示すように、ほぼ（７）式による直線２
１上にそれらのプロット点がのった。

【００２８】発熱量の単位はｋｃａｌ／Ｎｍ³

【００２９】そして、上述した（７）式の代わりに、表
２に示した結果より、最小２乗法により以下の式（８）
に示す近似式がたてられ、より精度の高いものとなる。

【００３０】Ｈ＝−５１６．５２×λｍ＋３３９８８．４・・・（８）

【００３１】そして、この（８）式を用いた場合の、図
１の熱量計による表２中のサンプルガスの測定結果は、
以下の表３に示すように、誤差は最大で３０ｋｃａｌ／
Ｎｍ³ であった。

【００３２】

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、熱伝導率を測定することで、測定対象のガス発熱量
を求めるようにした。ここで、熱伝導率は大気程度の圧
力範囲ではその値はほとんど変化せず、また、通常で
は、この測定を恒温槽の中で使用するようにしている。
このため、温度などの周囲環境やガスの変動の影響を受
け難く、連続的にそのガスの発熱量を測定できるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例である熱量計の概略構成
を示す構成図である。

【図２】サンプルガスの熱伝導率の測定結果と発熱量
との関係を示す相関図である。

【符号の説明】

１…測温抵抗体（ＴＣＤ）、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…抵抗、
３…比較器、４…熱伝導率算出部、５…熱量算出部、６
…恒温槽。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の温度に定温度駆動された発熱抵抗
体に熱が伝導する状態で測定対象のガスを流したとき
の、前記発熱抵抗体がその発熱温度を一定にしようとす
るために変動する印加電圧の変化により前記ガスの熱伝
導率を測定する熱伝導率測定手段と、前記ガスの熱伝導率と発熱量の関係を用い、前記熱伝導
率測定手段が測定した前記ガスの熱伝導率より、前記ガ
スの発熱量を算出する熱量算出手段とを備えたことを特
徴とする熱量計。
【請求項２】請求項１記載の熱量計において、前記ガスが複数の低級炭化水素から構成され、前記関係が１次式で近似されていることを特徴とする熱
量計。
【請求項３】請求項２記載の熱量計において、前記ガスは天然ガスを主成分とし、前記関係は発熱量＝−５４９．７×熱伝導率＋３５５６
２．９であることを特徴とする熱量計。
【請求項４】請求項２記載の熱量計において、前記ガスは天然ガスを主成分とし、前記関係は発熱量＝−５１６．５２×熱伝導率＋３３９
８８．４であることを特徴とする熱量計。