WO2021256356A1

WO2021256356A1 - 熱量測定装置および熱量算出方法

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Publication number: WO2021256356A1
Application number: PCT/JP2021/022025
Authority: WO
Inventors: 健内山田; 隆二朝田; 俊介高橋
Original assignee: 理研計器株式会社
Priority date: 2020-06-15
Filing date: 2021-06-10
Publication date: 2021-12-23
Also published as: JPWO2021256356A1

Abstract

主に干渉ガスとして水素ガスを含む天然ガスの熱量測定を正確に行うとともに、小型化かつ低価格化を実現可能な熱量測定装置および熱量算出方法を提供する。　本発明のガスの熱量測定装置は、対象ガスの熱量を測定する熱量測定装置１０であって、対象ガスの熱伝導率から得られる熱量を測定可能な熱伝導率換算熱量測定手段１２を備え、対象ガスは、第１のガスを主成分とし、測定誤差成分となる第２のガスが含有されたものであり、熱伝導率換算熱量測定手段１２は、複数の第１のガスについて熱伝導率測定手段１３で測定した出力と実際の熱量の相関とを示す関係式に基づき、第２のガスによる誤差分を補正して対象ガスの熱量を算出する。

Description

熱量測定装置および熱量算出方法

　本発明は、例えば、ガスの熱量測定装置および熱量算出方法に係り、特に、誤差成分となる干渉ガスを含むパラフィン系炭化水素ガスの熱量測定装置および熱量算出方法に関する。

　従来、一般的に流通している天然ガスは、パラフィン系炭化水素ガスを主成分とし、熱量測定において誤差成分となる窒素（Ｎ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、などの干渉ガス（雑ガス）を含んでいる。

　ここで、当該天然ガスの熱量を測定する場合において、パラフィン系炭化水素ガス（例えば、メタンガス（ＣＨ_４），エタンガス（Ｃ_２Ｈ_６）、プロパンガス（Ｃ_３Ｈ_８），ブタンガス（ｎ－Ｃ_４Ｈ_１０）など）については、熱量と屈折率、および熱量と熱伝導率がそれぞれ比例関係にあるため、熱量測定が可能である。

　また、窒素（Ｎ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）などの雑ガスについては、熱量と屈折率の比例関係、および熱量と熱伝導率の比例関係はいずれも有さないが、屈折率に換算した熱量、および熱伝導に換算した熱量の両者を用いて演算処理することで、熱量計算に対する影響（誤差）をほぼ除去できることが分かっている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５３０８８４２号公報

　しかしながら、水素ガス（Ｈ_２）は、熱量と熱伝導率の比例関係がないため、従来の演算処理による誤差の除去もできない。したがって、パラフィン系炭化水素ガスに水素ガスを含む場合の熱量算出においては、水素ガス（ガス）の存在が大きな誤差要因となっている。

　また、窒素（Ｎ_２）や一酸化炭素（ＣＯ）を含むガスの場合においても、特許文献１に記載のような熱量測定装置は、熱伝導率測定手段と屈折率測定手段の両方が必要となるため、小型化や、構成の簡素化による低価格化が進まない問題があった。

　本発明は、上記の課題に鑑みてなされ、主に干渉ガスとして水素ガスを含む天然ガスの熱量測定を正確に行うとともに、小型化かつ低価格化を実現可能な熱量測定装置および熱量算出方法を提供することを目的とする。

　本発明は、対象ガスの熱量を測定する熱量測定装置であって、前記対象ガスの熱伝導率から得られる熱量を測定可能な熱伝導率換算熱量測定手段を備え、前記対象ガスは、第１のガスを主成分とし、測定誤差成分となる第２のガスが含有されたものであり、前記熱伝導率換算熱量測定手段は、複数の前記第１のガスについて熱伝導率測定手段で測定した出力と実際の熱量の相関とを示す関係式に基づき、前記第２のガスによる誤差分を補正して前記対象ガスの熱量を算出する、ことを特徴とする熱量測定装置である。

　また、本発明は、ガスの熱量を測定するための熱量算出方法であって、対象ガスは、第１のガスを主成分とし、測定誤差成分となる第２のガスが含有されたものであり、複数の前記第１のガスについて熱伝導率の測定値と実際の熱量の相関とを示す関係式に基づき、前記第２のガスによる誤差を補正して前記対象ガスの熱量を算出する、ことを特徴とする熱量算出方法である。

　また、本発明は、対象ガスの熱量を測定する熱量測定装置であって、前記対象ガスの熱伝導率から得られる熱伝導率換算熱量を測定可能な熱伝導率換算熱量測定手段と、前記対象ガスの屈折率から得られる屈折率換算熱量を測定可能な屈折率換算熱量測定手段と、熱量算出手段と、を備え、前記対象ガスは、第１のガスを主成分とし、測定誤差成分となる第３のガスおよび第４のガスが含有されたものであり、前記熱伝導率換算熱量測定手段は、複数の前記第１のガスについて熱伝導率測定手段で測定した出力と実際の熱量の相関とを示す関係式に基づき、前記第３のガスによる誤差を補正して前記熱伝導率換算熱量を算出可能に構成され、前記熱量算出手段は、前記熱伝導率換算熱量と、前記屈折率換算熱量と、前記第４のガスによる誤差を補正する係数により前記対象ガスの熱量を算出する、
ことを特徴とする熱量測定装置である。

　また、本発明は、ガスの熱量を測定するための熱量算出方法であって、前記対象ガスは、第１のガスを主成分とし、測定誤差成分となる第３のガスおよび第４のガスが含有されたものであり、複数の前記第１のガスについて熱伝導率の測定値と実際の熱量の相関とを示す関係式に基づき、前記第３のガスによる誤差を補正して前記対象ガスの熱伝導率から得られる熱量（以下、「熱伝導率換算熱量」という。）を算出するステップと、前記対象ガスについて屈折率から得られる熱量（以下、「屈折率換算熱量」という。）を取得するステップと、前記熱伝導率換算熱量と、前記屈折率換算熱量と、前記第４のガスによる誤差を補正する係数により前記対象ガスの熱量を算出するステップと、を具備することを特徴とする熱量算出方法である。

　また、本発明は、上記の熱量算出方法をコンピュータに実行させるプログラムである。

　本発明によれば、主に干渉ガスとして水素ガスを含む天然ガスの熱量測定を正確に行うとともに、小型化かつ低価格化を実現可能な熱量測定装置および熱量算出方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態にかかる熱量測定装置の構成を示す概要図である。本発明の第１実施形態にかかる熱量測定装置における水素ガスについての誤差の補正方法を説明するための熱量と熱伝導率計の出力の関係を示すグラフであって（Ａ）が補正前のグラフであり、（Ｂ）が補正後のグラフである。本発明の第１実施形態にかかる熱量測定装置における窒素ガスについての誤差の補正方法を説明するための熱量と熱伝導率計の出力の関係を示すグラフであって（Ａ）が補正前のグラフであり、（Ｂ）が補正後のグラフである。本発明の第２実施形態にかかる熱量測定装置の構成を示す概要図であり、（Ａ）が全体構成を示す概要図であり、（Ｂ）が屈折率換算熱量算出手段を示す概要図である。本発明の第２実施形態にかかる熱量測定装置における干渉ガスについての誤差の補正方法を説明するための熱量と熱伝導率計の出力の関係を示すグラフであって（Ａ）が水素ガスについての誤差を補正前のグラフであり、（Ｂ）が補正後のグラフである。本発明の第２実施形態にかかる熱量測定装置における干渉ガスによる誤差の補正方法を説明するためのグラフであって（Ａ）が熱量と屈折率の関係を示すグラフであり、（Ｂ）が熱量と熱伝導率計の出力の関係を示すグラフである。本発明の第２実施形態にかかる熱量測定装置における干渉ガスによる誤差を補正した後の実際の熱量と、熱量測定装置における測定結果の関係を示すグラフである。本発明の第２実施形態にかかる熱量測定装置における熱伝導率測定手段の印加電圧の差異による規格化出力の出力差と水素ガスの実測濃度の関係を示すグラフである。本発明の第２実施形態にかかる熱量測定装置における熱伝導率測定手段の規格化出力と印加電圧の関係を示すグラフである。本発明の第３実施形態にかかる熱量測定装置の熱量の測定方法を説明する図であり（Ａ）出力－電圧関数を示すグラフであり、（Ｂ）傾き－電圧関数を示すグラフである。本発明の第３実施形態にかかる熱量測定装置の熱量の測定方法を説明する図であり、（Ａ）Ｈ_２割合－電圧曲線を示すグラフであり、（Ｂ）出力－Ｈ_２割合関数を示すグラフである。本発明の第３実施形態にかかる熱量測定装置の熱量の測定方法を説明する図であり、水素ガス濃度と規格化出力に基づく値との関係を示すグラフである。基準ガス中の干渉ガスの混合比率の一例を示す図である。第３実施形態に係る熱量測定装置の構成を示す概要図である。第３実施形態に係る熱量測定装置の構成を示す概要図である。第３実施形態において算出した熱量と実熱量の関係を示すグラフである。第３実施形態において算出した熱量と実熱量の関係を示すグラフである。第３実施形態において算出した熱量と実熱量の関係を示すグラフである。第３実施形態において算出した熱量と実熱量の関係を示すグラフである。本発明の第４実施形態にかかる水素ガス濃度算出装置の第一の構成を示す概要図である。本発明の第４実施形態にかかる水素ガス濃度算出装置の第二の構成を示す概要図である。本発明の第４実施形態にかかる水素ガス濃度算出装置の第二の構成による測定結果を示すグラフである。基準ガス中の干渉ガスの混合比率の一例を示す図である。基準ガス中の干渉ガスの混合比率の一例を示す図である。基準ガス中の干渉ガスの混合比率の一例を示す図である。基準ガス中の干渉ガスの混合比率の一例を示す図である。本発明の第４実施形態にかかる水素ガス濃度算出装置の第一の構成による測定結果を示すグラフである。本発明の第４実施形態にかかる水素ガス濃度算出装置の第三の構成を示す概要図である。本発明の第４実施形態にかかる水素ガス濃度算出装置の第三の構成による測定結果を示すグラフである。本発明の第４実施形態にかかる水素ガス濃度算出装置の第三の構成による測定実験を説明する表である。本発明の第４実施形態にかかる水素ガス濃度算出装置の第一の構成による測定結果を示すグラフである。本発明の第４実施形態にかかる水素ガス濃度算出装置の第三の構成による測定結果を示すグラフである。

　以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
　＜第１実施形態＞
　まず、図１～図３を参照して本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態にかかる熱量測定装置１０の構成および機能の一例を概略的に示すブロック図である。

　熱量測定装置１０は、例えばガスパイプライン１１内を図１の矢印方向に流通する対象ガスの熱量を測定するものであり、対象ガスの熱伝導率から得られる熱量を測定可能な熱伝導率換算熱量測定手段１２と出力手段１８などを有する。ガスパイプライン１１と熱伝導率換算熱量測定手段１２とは、ガス流路１９により接続され、ガスパイプライン１１中の対象ガスが熱伝導率換算熱量測定手段１２に供給される。熱伝導率換算熱量測定手段１２は、例えば、防爆性容器５０内に配設される。

　ここで、本実施形態の熱量測定装置１０において測定の対象となるガス（対象ガス）とは、例えばガス田から産出されたばかりの天然ガスやバイオガスなどであり、具体的には、第１のガスを主成分とし、測定誤差成分となる第２のガスが含有されたものである。より詳細には、第１のガスは、例えばその熱量と、熱伝導率および屈折率とが特定の対応関係（具体的には、熱伝導率は熱量と反比例関係、屈折率は熱量と比例関係）にあるパラフィン系炭化水素ガス（例えば、メタンガス（ＣＨ_４），エタンガス（Ｃ_２Ｈ_６）、プロパンガス（Ｃ_３Ｈ_８），ブタンガス（ｎ－Ｃ_４Ｈ_１０）などのガス）であり、第２のガスは、その熱量と熱伝導率および屈折率と特定の対応関係を有さない水素ガス（Ｈ_２）ガス、窒素（Ｎ_２）ガスおよび二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスのうちいずれか一つである。

　熱伝導率換算熱量測定手段１２は、熱伝導率測定手段１３を有し、基準となる複数の第１のガスについて予め取得される熱伝導率測定手段で測定した出力と実際の熱量の相関とを示す関係式に基づき、第２のガスによる誤差分を補正して対象ガスの熱量を算出する。熱伝導率換算熱量測定手段１２は、例えば、熱伝導率測定手段１３と、熱量測定の機能を実現するための補正手段１４および換算熱量算出手段１５を有する。

　熱伝導率測定手段１３は、外部装置（電源装置など）１７から出力される信号（熱伝導率測定手段１３に印加される電圧）によって対象ガスの熱伝導率を測定可能な従来公知の熱伝導率式熱量計である。

　補正手段１４は、差分算出手段１４１と補正出力値算出手段１４２を有し、対象ガスの熱量算出に際し、第２のガスが存在することによる誤差分を補正する機能を有する。

　換算熱量算出手段１５は、上記の熱伝導率測定手段１３の出力と実際の熱量の相関とを示す関係式に基づき、対象ガスの熱量を取得（算出）する機能を有する。第１のガス（パラフィン系炭化水素ガス）のみからなる対象ガスの場合、熱伝導率測定手段１３で測定した出力と実際の熱量は所定の相関を有するが、第１のガスに第２のガス（干渉ガス）が含まれると、それによる誤差によって当該相関から外れた値となる。そこで、補正手段１４によって、熱伝導率測定手段１３で測定した出力を補正し、当該補正した値に基づいて、換算熱量算出手段１５が対象ガスの熱量を算出する。

　なお図示は省略するが、熱量測定装置１０は、既知の構成であるデータ伝送路、演算手段、制御手段、記憶手段などを有し、これらと熱伝導率換算熱量測定手段１２の各手段（機能）が協働して対象ガスの測定および演算処理を行う。

　また、算出された熱量は、出力手段１８を介して外部に出力可能に構成される。出力手段１８は、例えば表示手段や印刷手段、あるいは外部との通信により所定のデータを出力（送信）可能な送信手段である。また、熱量測定装置１０は、外部機器と所定のデータの送受信が可能な通信手段を別途備えてもよい。

　図２を参照して、第２のガスが含まれることによる誤差の補正について説明する。同図は、複数種の基準となるガス（基準ガス）の熱伝導率測定手段１３の出力と実際の熱量の関係を示すグラフであり、同図（Ａ）が第２のガスが含まれることによる誤差の補正前のグラフであり、同図（Ｂ）が補正後のグラフである。縦軸が、例えばガスクロマトグラフを用いた分析によって得られた各種基準ガスの熱量［ＭＪ／Ｎｍ^３］（以下、「熱量真値」ともいう。）であり、横軸が、各種基準ガスをそれぞれ熱伝導率測定手段１３で測定した出力結果である。ここでは第２のガスが水素ガスである場合を例示している。

　「基準ガス」とはいずれもメタンガスに他の一の成分を異なる割合で添加した混合ガスであり、組成（濃度、混合比）と熱量真値が明らかなガスをいう。添加する他の一の成分は、それぞれエタンガス、プロパンガス、ブタンガスのパラフィン系炭化水素ガスと、水素ガスであり、メタンガスの濃度は、１００ｖｏｌ％～８０ｖｏｌ％、他の成分の濃度は、０ｖｏｌ％～２０ｖｏｌ％である。なお、同図においては、メタンガスの濃度が１００ｖｏｌ％のガス（純メタンガス）について熱伝導率測定手段１３で測定した出力が「０」となり、出力と熱量真値とがほぼ線形の関係で示されるように、熱伝導率測定手段１３の出力を規格化（正規化）している。すなわち、同図における横軸の熱伝導率計出力とは、このように規格化（正規化）された熱伝導率測定手段１３の出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．であり、本実施形態ではこれを「規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．」、または単に「出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．」という場合もある。同図において、規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃが「０」の点から離れる（増加または減少する）ほど、メタンガスの濃度が２．５ｖｏｌ％刻みで減少し、添加される成分の濃度が増加することを意味する。

　同図（Ａ）は、これらの複数種類の基準ガスについて、熱伝導率測定手段１３への印加電圧を０．５Ｖにした場合の熱伝導率測定手段１３の出力（規格化出力）Ｘ_Ｔ．Ｃと、熱伝導率測定手段１３への印加電圧を１．０Ｖにした場合の熱伝導率測定手段１３の出力（規格化出力）Ｘ_Ｔ．Ｃと、それぞれの熱量真値をプロットしたものである。

　具体的に、△印のプロットが、印加電圧が１．０Ｖの場合のメタンガスとエタンガスの混合ガス（ＣＨ_４－Ｃ_２Ｈ_６）の結果であり、この場合、横軸の出力Ｘ_Ｔ．Ｃが「０」（純メタンガス）から増加する方向に、メタンガスの濃度が２．５ｖｏｌ％刻みで少なくなる（メタンガス９７．５ｖｏｌ％－エタンガス２．５ｖｏｌ％、メタンガス９５ｖｏｌ％－エタンガス５ｖｏｌ％、メタンガス９２．５ｖｏｌ％－エタンガス７．５ｖｏｌ％…）混合ガスが示される。

　また、▲印のプロットが、印加電圧が０．５Ｖの場合のメタンガスとエタンガスの混合ガス（ＣＨ_４－Ｃ_２Ｈ_６）の結果であり、横軸の出力Ｘ_Ｔ．Ｃが「０」（純メタンガス）から増加する方向に、メタンガスの濃度が２．５ｖｏｌ％刻みで少なくなる（メタンガス９７．５ｖｏｌ％－エタンガス２．５ｖｏｌ％、メタンガス９５ｖｏｌ％－エタンガス５ｖｏｌ％、メタンガス９２．５ｖｏｌ％－エタンガス７．５ｖｏｌ％…）混合ガスが示される。

　同様に、□印のプロットが印加電圧１．０Ｖの場合のメタンガスとプロパンガスの混合ガス（ＣＨ_４－Ｃ_３Ｈ_８）、■印のプロットが印加電圧０．５Ｖの場合のメタンガスとプロパンガスの混合ガス（ＣＨ_４－Ｃ_３Ｈ_８）の結果であり、◇印のプロットが印加電圧１．０Ｖの場合の、メタンガスとブタンガスの混合ガス（ＣＨ_４－Ｃ_４Ｈ_１０）、◆印のプロットが印加電圧０．５Ｖの場合の、メタンガスとブタンガスの混合ガス（ＣＨ_４－Ｃ_４Ｈ_１０）の結果である。

　また、〇印のプロットが印加電圧１．０Ｖの場合の、メタンガスと水素ガスの混合ガス（ＣＨ_４－Ｈ_２）、●印のプロットが印加電圧０．５Ｖの場合の、メタンガスと水素ガスの混合ガス（ＣＨ_４－Ｈ_２）の結果である。水素ガス（干渉ガス）を添加した場合は、横軸の出力Ｘ_Ｔ．Ｃが「０」（純メタンガス）から減少する方向に、メタンガスの濃度が２．５ｖｏｌ％刻みで少なくなる（メタンガス９７．５ｖｏｌ％－水素ガス２．５ｖｏｌ％、メタンガス９５ｖｏｌ％－水素ガス５ｖｏｌ％、メタンガス９２．５ｖｏｌ％－水素ガス７．５ｖｏｌ％…）混合ガスが示される。

　同図（Ａ）に示すように、パラフィン系炭化水素ガスのみからなる基準ガスの場合は、ガスの成分の違いによらず、メタンガスに添加される成分が増加するほど熱伝導率測定手段１３の出力Ｘ_Ｔ．Ｃおよび熱量真値は増加する。一方、メタンガスに干渉ガス（水素ガス）が添加された基準ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガス）は、水素ガスの成分が増加するほど熱伝導率測定手段１３の出力Ｘ_Ｔ．Ｃおよび熱量真値は減少することが分かった。

　さらに、パラフィン系炭化水素ガスのみからなる基準ガスの場合は、ガスの成分の違いによらず、概ね熱伝導率測定手段１３への印加電圧の違いによる出力Ｘ_Ｔ．Ｃの差異はない（少ない）一方、水素ガスを含む基準ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガス）の場合は、出力Ｘ_Ｔ．Ｃに差異が生じ（出力差が生じ）、且つ当該出力差が水素ガスの濃度に対して線形的であることが分かった。

　これらのことから、本願出願人は、メタンガスに水素ガスが混合された対象ガスについて、含有される水素ガスの濃度が不明であっても、水素ガスによる誤差を補正して当該対象ガスの熱量を算出することが可能であると考え、本願発明を成し得た。

　熱量測定装置１０（例えば、熱伝導率換算熱量測定手段１２）は、パラフィン系炭化水素ガスのみからなる基準ガスについての、熱伝導率測定手段１３による出力Ｘ_Ｔ．Ｃと熱量真値との相関を示す関係式（図２に実線で示す線形の関係式）を予め取得して記憶手段に保持する。当該関係式は、以下の式１で示され、以下この関係式を「熱量算出式」という。

である。

　図２に〇印および●印で示すように水素ガスを含む基準ガスの場合には、プロットがこの熱量算出式の直線から外れるため、補正手段１４はプロットが熱量算出式の直線に乗るように、補正手段１４によって熱伝導率測定手段１３の出力Ｘ_Ｔ．Ｃを補正する。詳細には、補正手段１４は、或る一つの対象ガスについて、熱伝導率測定手段１３に異なる電圧を印加して測定した出力Ｘ_Ｔ．Ｃの差分（出力差）を演算する差分算出手段１４１と、差分に基づいて設定される補正式により対象ガスの補正出力値を算出する補正出力値算出手段１４２を有する（図１参照）。

　差分算出手段１４１は、熱伝導率測定手段１３に第１の電圧（例えば、１．０Ｖ）を印加して得た第１の出力と、第２の電圧（例えば、０．５Ｖ）を印加して得た第２の出力の差分（以下これを「出力差」という。）を演算する。

　補正出力値算出手段１４２は、出力差に基づく補正式により、第１の電圧を印加時の熱伝導率測定手段１３の出力Ｘ_Ｔ．Ｃ（第１の出力の測定結果）を補正する。補正式は、第２のガスの種類に応じて設定され、熱量測定装置１０（例えば、熱伝導率換算熱量測定手段１２）の記憶手段に保持される。例えば、第２のガスが水素ガスの場合の補正出力値（以下、「補正出力値（Ｈ_２）」という）を求める補正式は、以下の式２で示される。

である。

　水素ガスを含む基準ガスについて、補正出力値（Ｈ_２）を規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃとして横軸にプロットした結果が、図２（Ｂ）である。この補正により、水素ガスを含む場合の誤差が補正され、水素ガスを含む基準ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガス）のプロットが熱量算出式（式１）の直線上に乗ることになる。つまり実際の対象ガスの測定においては、換算熱量算出手段１５が、補正出力値（Ｈ_２）と式１の熱量算出式（同図（Ｂ）に直線で示す線形の関係式）に基づき、補正出力値（Ｈ_２）を熱量算出式の出力Ｘ_Ｔ．Ｃに代入することで対象ガスの熱量Ｑ_Ａを算出する。算出された熱量は、出力手段１８を介して出力可能に構成される。

　次に、本実施形態の熱量算出方法について説明する。まず、予め、各種基準ガスのうち、複数のパラフィン系炭化水素ガスのみからなる基準ガス（メタンガスに他のパラフィン系炭化水素ガスを、それぞれ異なる割合で添加した混合ガス）について熱伝導率測定手段１３による測定値（出力Ｘ_Ｔ．Ｃ）と実際の熱量の相関とを示す関係式（熱量算出式（式１））を取得する。具体的に、第１のガスは、例えば、メタンガスとエタンガス濃度を異ならせた複数の（ＣＨ_４－Ｃ_２Ｈ_６）ガス、メタンガスとプロパンガスの濃度を異ならせた複数の（ＣＨ_４－Ｃ_３Ｈ_８）ガス、メタンガスとブタンガスの濃度を異ならせた複数の（ＣＨ_４－Ｃ_４Ｈ_１０）ガスである。

　ここで、他の成分の濃度は例えば、０ｖｏｌ％～２０ｖｏｌ％であり、２．５ｖｏｌ％刻みで変化させる（メタンガスの濃度は、例えば、１００ｖｏｌ％～８０ｖｏｌ％）。

　これらの複数の第１のガスについて、例えばガスクロマトグラフを用いた分析によって得られたそれぞれの混合ガスの熱量真値と、熱伝導率測定手段１３で測定した出力結果を取得する。そして、メタンガスの濃度が１００ｖｏｌ％のガス（純メタンガス）の熱伝導率測定手段１３で測定した出力が「０」となり、出力と熱量真値とがほぼ線形の関係で示されるように、熱伝導率測定手段１３の出力を規格化（正規化）し、両者の相関を示す熱量算出式（式１）を取得する（図２（Ａ）の実線参照）。

　次に、測定動作中においては、例えばガスパイプライン１１内を流通する対象ガス（例えば、水素ガスを含むメタンガス）をガス流路を介して熱伝導率換算熱量測定手段１２に供給する。これにより当該熱伝導率換算熱量測定手段１２において熱量算出式（上記の式１）に基づき、第２のガス（水素ガス）による誤差を補正して対象ガスの熱量を算出する。この熱量は、熱伝導率から得られる熱量であり、熱伝導率換算熱量ともいえる。

　具体的には、熱伝導率測定手段１３に第１の電圧（例えば、１．０Ｖ）を印加して対象ガスを測定し、第１の出力を取得する。次に、熱伝導率測定手段１３に第２の電圧（例えば、０．５Ｖ）を印加して同じ対象ガスを測定し、第２の出力を取得する。

　次に、第１の出力と第２の出力の差分（出力差）を算出する。そして、第２のガスの種類ごとに設定された補正式（水素ガスの場合は、上記式２の補正式）によって、対象ガスの補正出力値（Ｈ_２）（水素ガスによる誤差を補正した後の熱伝導率測定手段１３の規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ）を算出する。そして、当該補正出力値（Ｈ_２）を熱量算出式（式１）の規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃに代入し、対象ガスの熱量Ｑ_Ａを算出する（図２（Ｂ）参照）。

　以上、第２のガス（干渉ガス）が水素ガスの場合を例示したが、第２のガスは窒素ガスあるいは二酸化炭素ガスであっても同様に実施できる。

　図３は、第２のガスが窒素ガスである場合において、第２のガスが含まれることによる誤差の補正について説明する図であり、図２に対応する熱伝導率測定手段１３の出力結果と熱量真値の関係を示すグラフである。同図（Ａ）が各種基準ガスに第２のガスが含まれることによる誤差の補正前のグラフであり、同図（Ｂ）が補正後のグラフである。図２における水素ガスを窒素ガスに替えた以外は同様であり、グラフ中の▽印のプロットが、印加電圧が１．０Ｖの場合のメタンガスに窒素ガスが含有された基準ガス（（ＣＨ_４－Ｎ_２）ガス）の結果であり、▼印が印加電圧が０．５Ｖの場合の基準ガス（（ＣＨ_４－Ｎ_２）ガス）である。

　この場合も、水素ガスの場合と同様であるので詳細な説明は省略するが、図３（Ａ）に基づいて、各種基準ガスのうち、複数のパラフィン系炭化水素ガスのみからなる基準ガス（メタンガスに他のパラフィン系炭化水素ガスを、それぞれ異なる割合で添加した混合ガス）について熱伝導率測定手段１３の測定値（出力Ｘ_Ｔ．Ｃ）と実際の熱量（熱量真値）の相関とを示す関係式（熱量算出式（式１））を取得する。

　そして、（ＣＨ_４－Ｎ_２）ガスについて、熱伝導率測定手段１３への印加電圧の違いによる出力差と熱量真値の相関に基づく補正式により、熱伝導率測定手段１３の出力Ｘ_Ｔ．Ｃを補正する。例えば、第２のガスが窒素ガスの場合の補正出力値（以下、「補正出力値（Ｎ_２）」という）を求める補正式は、以下の式３で示される。

である。

　この補正出力値（Ｎ_２）を横軸にプロットすることで、窒素ガスを含む合の誤差が補正され、窒素ガスを含む基準ガス（（ＣＨ_４－Ｎ_２）ガス）のプロットが熱量算出式（式１）の直線上に乗ることになる。すなわち、実際の窒素ガスを含む対象ガスの場合、補正出力値（Ｎ_２）を熱量算出式のＸ_Ｔ．Ｃ．に代入することで対象ガスの熱量Ｑ_Ａが算出できる。

　また、図示は省略するが、上記の水素ガスおよび窒素ガスの場合と同様の手法により第２のガスが二酸化炭素ガスの場合の補正出力値（以下、「補正出力値（Ｈ_２）」という）を求める補正式は、以下の式４で示される。

である。

　つまり、本実施形態の熱量測定装置１０は、その記憶手段に上述の式２～式４で示される補正式の少なくともいずれかを保持している。

　このように本実施形態の熱量測定装置１０によれば、対象ガスがパラフィン系炭化水素ガスを主成分とし、干渉ガスとして水素ガス、窒素ガスおよび二酸化炭素ガスのいずれかが含まれる対象ガスについて、簡素な構成で高精度に熱量の測定が可能となる。例えば、その熱量が熱伝導率および屈折率と特定の対応関係を有さない干渉ガス（ここでは、水素ガス）を含有するものであっても、干渉ガスが存在することによる誤差を排除して高精度で熱量の測定ができる。

　また特に、干渉ガスとして水素ガスを含む場合においては、従来では熱伝導率に基づく熱量測定はほぼ不可能であったが、本実施形態によれば熱伝導率に基づく測定が可能となる。

　さらに、窒素や二酸化炭素を含む場合においても、熱伝導率計のみの測定結果で熱量を算出できるので、装置の小型化、構成の簡素化による低価格化を実現できる。

　また、上記の式２～式４のすべてを保持する構成とすることで、干渉ガスとして水素ガス、窒素ガスおよび二酸化炭素ガスをそれぞれに含む対象ガスについての熱量の測定が可能となる。

　以上、本実施形態では、第１のガスを主成分とし、第２のガスを含有する対象ガスの測定の場合を例示したが、本実施形態の熱量測定装置１０は、第１のガス（パラフィン系炭化水素ガス）のみを含有するガスについても測定できる。またこれら以外に、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、石炭ガス化、ナフサガス化等の対象ガス（いずれも第２のガスとして水素ガスおよび窒素ガスを含むガス）についても測定できる。

　＜第２実施形態＞
　図４～図９を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態における測定の対象ガスも天然ガスやバイオガスなどであるが、第１実施形態が、１種の干渉ガスを含む対象ガスの測定を行うものであるのに対し、第２実施形態は、２種の干渉ガス（特にそのうちの１種は水素ガス）を含む対象ガスについてその影響（誤差）を低減して熱量を測定可能なものである、つまり、対象ガスは、第１のガス（パラフィン系炭化水素ガス）を主成分とし、測定誤差成分となる第３のガス（水素ガス）と、第４のガス（窒素ガスまたは二酸化炭素ガスの少なくともいずれか）が含有されたガスである。具体的には、例えば、メタンガスと水素ガスおよび窒素ガスの混合ガス（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガス）であり、あるいは、メタンガスと水素ガスおよび二酸化炭素ガスの混合ガス（ＣＨ_４－Ｈ_２－ＣＯ_２）ガス）、さらにはメタンガスと水素ガス、窒素ガスおよび二酸化炭素ガスの混合ガス（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２－ＣＯ_２）ガス）の熱量測定が可能である。

　図４は、第２実施形態の熱量測定装置３０の概要を示す図であり、同図（Ａ）が全体構成の概要を示すブロック図であり、同図（Ｂ）が屈折率換算熱量測定手段３２を示す概要図である。以下の説明において、第１実施形態と同一構成は同一符号で示し、その説明は省略する。

　同図（Ａ）に示すように、熱量測定装置３０は、例えばガスパイプライン１１内を同図（Ａ）の矢印方向に流通する対象ガスの熱量を測定するものであり、対象ガスの熱伝導率から得られる熱伝導率換算熱量を測定可能な熱伝導率換算熱量測定手段３１と、対象ガスの屈折率から得られる屈折率換算熱量を測定可能な屈折率換算熱量測定手段３２と、熱量算出手段３３と、出力手段１８などを有する。ガスパイプライン１１と熱伝導率換算熱量測定手段３１、屈折率換算熱量測定手段３２はそれぞれ、ガス流路１９により接続され、ガスパイプライン１１中の対象ガスが熱伝導率換算熱量測定手段３１および屈折率換算熱量測定手段３２にそれぞれ供給される。熱伝導率換算熱量測定手段３１、屈折率換算熱量測定手段３２および熱量算出手段３３は例えば、防爆性容器５０内に配設される。

　熱伝導率換算熱量測定手段３１は、例えば、熱伝導率測定手段１３と、熱伝導率換算熱量測定の機能を実現するための補正手段１４および換算熱量算出手段（熱伝導率換算熱量算出手段）１５を有し、複数の第１のガスについて熱伝導率測定手段１３で測定した出力Ｘ_Ｔ．Ｃと実際の熱量の相関とを示す関係式に基づき、第３のガスおよび第４のガスによる誤差を補正して熱伝導率換算熱量Ｑ_Ａを算出可能に構成される。つまり、熱量測定装置３０（熱伝導率換算熱量測定手段３１）はその記憶手段に少なくとも第３のガス（この例では水素ガス）および第４のガス（例えば、窒素ガス）についての誤差を補正可能な補正式を少なくとも保持している。それ以外の熱伝導率換算熱量測定手段３１の構成は、第１実施形態の熱伝導率換算熱量測定手段１２と同様である。

　補正手段１４は、差分算出手段１４３（１４１）と補正出力値算出手段１４２を有し、対象ガスの熱伝導率換算熱量算出に際し、干渉ガス（第３のガス（水素ガス）および第４のガス）が存在することによる誤差分を補正する機能を有する。

　熱伝導率換算熱量算出手段１５は、熱伝導率測定手段１３で測定した出力Ｘ_Ｔ．Ｃと実際の熱量の相関とを示す関係式（上記の式１で示す熱量算出式）に基づき、対象ガスの熱伝導率換算熱量を取得（算出）する機能を有する。つまり、補正手段１４によって、対象ガスに干渉ガスが含まれることによる誤差を補正した値（補正出力値）と、熱伝導率から得られる熱量算出式（式１）基づいて、対象ガスの熱伝導率換算熱量Ｑ_Ａを取得（算出）する。ここで、第２実施形態では熱伝導率から得られる熱量算出式（図２（Ｂ）に直線で示す線形の関係式（式１））を第１熱量算出式という。

　屈折率換算熱量測定手段３２は、外部装置（電源装置など）３４から出力される信号（印加される電圧）によって例えば対象ガスと、空気などの標準ガスとの光の屈折率の差異を干渉縞の変位として検出し、この干渉縞の変位量に基づいて対象ガスの屈折率換算熱量Ｑ_Ｂを測定する構成の装置（屈折率式熱量計）である。

　同図（Ｂ）に屈折率換算熱量測定手段３２を構成する装置の具体的な一例を示す。屈折率換算熱量測定手段３２は例えば、対象ガスを導入するための対象ガス用セル部３２２および例えば空気などの標準ガスを充填するための標準ガス用セル部３２３Ａ、３２３Ｂが区画されてなるチャンバ３２１と、光源３２４からの光を分割する平行平面鏡３２５と、当該平行平面鏡３２５によって分割され、チャンバ３２１を通過した光を反射することによってその進行方向を変更し、再度チャンバ３２１を通過させた後に平行平面鏡３２５上において重ね合わせ、干渉縞を生じさせることのできるよう、調整されて配置されたプリズム３２８と、平行平面鏡３２５上で重ね合わせられた合成光（干渉光）を受光する干渉縞検出手段３２６とを備えてなる構成のものがある。さらに、合成光を反射する平面鏡３２７、合成光を集光するための集光レンズ３２９を備え、集光レンズ３２９の焦点位置に干渉縞検出手段３２６が配置されている。また、一点鎖線矢印は、光源３２４からの光が干渉縞検出手段３２６に受光されるまでの経路を示す。

　同図（Ａ）を参照して熱量算出手段３３は、熱伝導率換算熱量Ｑ_Ａと、屈折率換算熱量Ｑ_Ｂと、第４のガス（窒素ガス、二酸化炭素ガスの少なくともいずれか）による誤差を補正する係数、および後述の熱量を算出する式（以下、「第２熱量算出式」という。）により対象ガスの熱量を算出する。

　第２実施形態においても図示は省略するが、熱量測定装置３０は、既知の構成であるデータ伝送路、演算手段、制御手段、記憶手段などを有し、これらと熱伝導率換算熱量測定手段１２の各手段（機能）が協働して対象ガスの測定および演算処理を行う。

　また、算出された熱量は、出力手段１８を介して外部に出力可能に構成される。出力手段１８は、例えば表示手段や印刷手段、あるいは外部との通信により所定のデータを出力（送信）可能な送信手段である。また、熱量測定装置３０は、外部機器と所定のデータの送受信が可能な通信手段を別途備えてもよい。

　図５を参照して、干渉ガス（第３のガスおよび第４のガス）が含まれることによる誤差の補正について説明する。同図は、各種基準ガスについての熱伝導率測定手段１３の出力Ｘ_Ｔ．Ｃと熱量真値の関係を示すグラフであり、同図（Ａ）が各種基準ガスに１種の干渉ガスが含まれることによる誤差の補正前のグラフであり、同図（Ｂ）が干渉ガスが水素ガスのみである場合に、水素ガスが含まれることによる誤差を補正（第１実施形態の水素ガスによる誤差を補正する差分算出手段１４１を有する補正手段１４によって補正）した後のグラフである。縦軸が、例えばガスクロマトグラフを用いた分析によって得られた各種基準ガスの熱量真値［ＭＪ／Ｎｍ^３］であり、横軸が、熱伝導率測定手段１３で各種基準ガスを測定した出力（規格化出力）Ｘ_Ｔ．Ｃである。

　すでに述べているように各種基準ガスとはいずれもメタンガスに他の一の成分を異なる割合で添加した混合ガスであり、組成（濃度）と熱量真値が明らかなガスである。添加する他の一の成分は、それぞれエタンガス、プロパンガス、ブタンガスのパラフィン系炭化水素ガスと、干渉ガスとしての水素ガス、窒素ガス、および二酸化炭素ガスであり、メタンガスの濃度は、１００ｖｏｌ％～８０ｖｏｌ％、他の成分の濃度は、０ｖｏｌ％～２０ｖｏｌ％である。

　ここで干渉ガスが二酸化炭素ガス以外のデータについては、第１実施形態の図２および図３の再掲となる。すなわち、同図（Ａ）は、干渉ガスが水素ガスのみである場合の図２（Ａ）および、干渉ガスが窒素ガスのみである場合の図３（Ａ）のデータを重ねて記載したものであり、さらに干渉ガスが二酸化炭素ガスのみである場合のデータを追記している。また同図（Ｂ）の水素ガスについては図２（Ｂ）と同様である。以下、干渉ガスが二酸化炭素ガスのみのデータ以外は第１実施形態と同様であり、重複する説明は省略する。

　二酸化炭素ガスを含む基準ガスについて具体的に説明する。☆印のプロットが、印加電圧が１．０Ｖの場合のメタンガスと二酸化炭素ガスの混合ガス（ＣＨ_４－ＣＯ_２）の結果であり、この場合、横軸の出力Ｘ_Ｔ．Ｃが「０」（純メタンガス）から増加する方向に、メタンガスの濃度が２．５ｖｏｌ％刻みで少なくなる（メタンガス９７．５ｖｏｌ％－二酸化炭素ガス２．５ｖｏｌ％、メタンガス９５ｖｏｌ％－二酸化炭素ガス５ｖｏｌ％、メタンガス９２．５ｖｏｌ％－二酸化炭素ガス７．５ｖｏｌ％…）混合ガスが示される。

　また、★印のプロットが、印加電圧が０．５Ｖの場合のメタンガスと二酸化炭素の混合ガス（ＣＨ_４－ＣＯ_２）の結果であり、横軸の出力Ｘ_Ｔ．Ｃが「０」（純メタンガス）から増加する方向に、メタンガスの濃度が２．５ｖｏｌ％刻みで少なくなる（メタンガス９７．５ｖｏｌ％－二酸化炭素ガス２．５ｖｏｌ％、メタンガス９５ｖｏｌ％－二酸化炭素ガス５ｖｏｌ％、メタンガス９２．５ｖｏｌ％－二酸化炭素ガス７．５ｖｏｌ％…）混合ガスが示される。

　第１実施形態の熱量測定装置１０は、パラフィン系炭化水素ガスに、水素ガス、窒素ガスおよび二酸化炭素ガスから選択される１種の干渉ガスが含まれる対象ガスの場合に干渉ガスの誤差を補正したうえで熱量を測定可能に構成されている。これに対し本実施形態の熱量測定装置３０は、熱伝導率換算熱量測定手段３１に加えて屈折率換算熱量測定手段３２を備えることで、水素ガスおよびそれと異なる種類の干渉ガスを含む対象ガスについて干渉ガスの誤差を補正したうえで熱量を測定可能となる。

　具体的には、水素ガスの誤差を排除する（水素ガスのみの場合の規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃを補正する）ために、規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃの出力差＜０の場合に、上述の式２を用いて規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃを補正する。一方、規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃの出力差＞０の場合は、規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃの補正を行わない（補正出力値としては以下の式５を用いる）。

　上記の式２および式５は、熱量測定装置３０（例えば、熱伝導率換算熱量測定手段３１）の記憶手段に保持される。

　そしてこれらの各種基準ガスについて、補正出力値を横軸にプロットした結果が、同図（Ｂ）である。同図（Ｂ）に直線で示す線形の関係式は、干渉ガスとして水素ガスのみが含まれることによる誤差を排除した、熱伝導率から得られる熱量算出式（式１で示す第１熱量算出式）である。

　図６（Ａ）は、屈折率換算熱量測定手段３２により上述の各種基準ガスを測定した結果であり、縦軸が屈折率換算熱量Ｑ_Ｂであり、横軸が屈折率である。同図に示すように、パラフィン系炭化水素ガスのみからなる混合ガス、および干渉ガスとして水素ガスのみを含む混合ガスは、組成(濃度)によらず、屈折率換算熱量と屈折率とが同図に直線で示す線形の関係（比例関係）にある。一方、窒素ガスのみ、および二酸化炭素ガスのみを含む混合ガスの場合には、線形の関係から外れている。

　同図（Ｂ）は、第１熱量算出式を保持する（第１実施形態の水素ガスの誤差が補正される差分算出手段１４１を有する）熱伝導率換算熱量測定手段３１により上述の各種基準ガスを測定した結果であり、図５（Ｂ）のグラフに示す線形の関係（直線の傾き）が、図６（Ａ）の線形の関係（直線の傾き）と揃うように横軸（規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ）を調整したグラフである。

　同図（Ａ）、同図（Ｂ）により、窒素ガスを含有するガスについて熱伝導率換算熱量測定手段３１で測定した場合の誤差と、屈折率換算熱量測定手段３２で測定した場合の誤差との比を求めることができる。また、二酸化炭素ガスを含有するガスについて熱伝導率換算熱量測定手段３１で測定した場合の誤差と、屈折率換算熱量測定手段３２で測定した場合の誤差との比を求めることができる。そして、これらの測定誤差の比が所定の関係を有することから、その関係を利用して干渉ガスとして窒素ガスのみを含む場合（水素ガスを含まない、あるいは水素ガスも含むがその誤差が補正されている場合）、および二酸化炭素ガスのみを含む場合（水素ガスを含まない、あるいは水素ガスも含むがその誤差が補正されている場合）について、誤差を補正することができる。

　より具体的には、熱量測定装置１０の記憶手段に保持される以下の式６で示される第２熱量算出式において、対象ガスの組成に対応した適宜の補正係数ＣＦを用いることにより、熱量算出手段３３が、水素ガス以外の干渉ガス（窒素ガスおよび／または二酸化炭素ガス）が存在することによる誤差を補正して対象ガスの熱量Ｑを算出する。この、窒素ガスおよび／または二酸化炭素ガスが存在することによる誤差の補正に関しては、本願出願人による特許（特許第５３０８８４２号）に詳細に記載している。

である。

　補正係数ＣＦの値は、２．９１≦補正係数ＣＦ≦３．７５であり、より好適には、２．９６≦補正係数ＣＦ≦３．１５である。

　この第２熱量算出式（式６）に上述の範囲の補正係数ＣＦを適用することにより、従来は誤差の補正ができなかった（困難であった）水素ガスが干渉ガスとして含まれる場合であっても、その誤差による影響を低減して対象ガスの熱量Ｑを測定（算出）できる。

　図７は、組成が明らかな複数の基準ガスについて、本実施形態の熱量測定装置３０（第１実施形態の差分算出手段１４１を有する）による測定結果を検証するグラフである。同図の縦軸が、例えばガスクロマトグラフを用いた分析によって得られた熱量真値［ＭＪ／Ｎｍ^３］であり、横軸が熱量測定装置３０による測定値（測定熱量）である。グラフ中の実線が式６で示される第２熱量算出式である。

　同図において、（ＣＨ_４－Ｃ_２Ｈ_６）ガスを△印、（ＣＨ_４－Ｃ_３Ｈ_８）ガスを□印、（ＣＨ_４－Ｃ_４Ｈ_１０）ガスを◇印、（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガスを〇印、（ＣＨ_４－Ｎ_２）ガスを▽印、（ＣＨ_４－ＣＯ_２）ガスを☆印、（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガスを▼印、（ＣＨ_４－Ｈ_２－ＣＯ_２）ガスを★印、（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｃ_２Ｈ_６）ガスを▲印のプロットで示している。

　この結果からも明らかなように、本実施形態の熱量測定装置３０によれば、パラフィン系炭化水素ガスを主成分として干渉ガスとして水素ガスを含み、さらに窒素ガスおよび二酸化炭素ガスのいずれかを含む混合ガス（例えば、（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２ガス））または、パラフィン系炭化水素ガスに、干渉ガスとして水素ガスおよび二酸化炭素ガスが混合されたガス（例えば、（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガス）について、それぞれの組成が不明であっても干渉ガスによる誤差の影響を低減して熱量Ｑを測定できる。

　なお、本実施形態は、水素ガスによる誤差成分を排除して（水素ガスが含まれないものとして）熱量測定を行うことができるものであるので、水素ガスを含まない対象ガスについても当然に測定は可能である。例えば、図７に示すように、干渉ガスとして、窒素ガスおよび二酸化炭素ガスの少なくともいずれかを含む対象ガス（具体的には例えば、メタンガスと窒素ガスの混合ガス（（ＣＨ_４－Ｎ_２ガス））、メタンガスと二酸化炭素ガスの混合ガス（ＣＨ_４－ＣＯ_２）ガス）、図示は省略するが、メタンガスと窒素ガスおよび二酸化炭素ガスの混合ガス（ＣＨ_４－Ｎ_２－ＣＯ_２）ガス）のいずれかについても熱量の測定は可能である。

　また、同図に示すように２種のパラフィン系炭化水素ガスに干渉ガスとして水素ガスを含む対象ガス（具体的には例えば、メタンガスとエタンと水素ガスの混合ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｃ_２Ｈ_６ガス）では、水素ガスによる誤差を補正して正確な熱量測定が可能である。

　次に、第２実施形態の熱量算出方法について説明する。例えばガスパイプライン１１内を流通する対象ガス（例えば、水素ガスおよび窒素ガスを含むメタンガス）をガス流路１９を介して熱伝導率換算熱量測定手段３１に供給する。これにより当該熱伝導率換算熱量測定手段３１において第１熱量算出式に基づき、第３のガス（水素ガス）による誤差を補正して対象ガスの熱伝導率換算熱量Ｑ_Ａを算出する。

　次に、第１の出力と第２の出力の差分（出力差）を算出する。そして、上記式２で示す補正式によって、対象ガスの補正出力値（水素ガスによる誤差を補正した後の熱伝導率測定手段１３の規格化出力）を算出する。そして、当該補正出力値を規格化出力値として第１熱量算出式（式１）の出力Ｘ_Ｔ．Ｃに代入し、対象ガスの熱伝導率換算熱量Ｑ_Ａを算出する。

　また、対象ガスをガス流路１９を介して屈折率換算熱量測定手段３２に供給し、対象ガスについて屈折率換算熱量Ｑ_Ｂを取得する。そして、得られた屈折率換算熱量Ｑ_Ｂと、熱伝導率換算熱量Ｑ_Ａと上記の式６に示す第２熱量算出式により、対象ガスの熱量Ｑを算出する。

　＜第３実施形態＞
　図８～図１８を参照して本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第２実施形態の構成においてさらに干渉ガスの誤差による影響を低減するものであり、第１実施形態および第２実施形態の応用例であるので、これらと重複する部分については詳細な説明を省略する。

　図７に示すように、干渉ガスとして水素ガスとそれ以外の１種のガスを含む場合、その誤差の影響を低減させることは可能であるが、第２熱量算出式を示す線形の直線に対して依然ずれが生じている。これは、図５（Ａ）に示すように、各種基準ガスにおいて水素ガスを含む場合と、それ以外（窒素ガスおよび二酸化炭素ガス）の場合とでは、規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃの出力差が負と正の関係にあり、互いに打ち消し合う状態にあることによると考えられる。

　図８は、干渉ガスとして水素ガスと窒素ガスを含む基準ガスの規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃの差に対する、窒素ガスの影響を示すグラフである。基準ガスは、干渉ガスとして水素ガスと窒素ガスが混合されたメタンガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガス（メタンガス濃度は８０ｖｏｌ％））であり、当該基準ガスについて水素ガスと窒素ガスの濃度をそれぞれ変化させ、１．０Ｖと０．５Ｖの電圧を印加した場合の規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃの差（出力差）を求めたものである。色付きの〇印が、水素ガスと窒素ガスの濃度が異なる（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガスについての規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃの差であり、窒素ガスの含有割合が低い方から、水素ガスと窒素ガスの割合（Ｈ_２：Ｎ_２）で３：１、Ｈ_２：Ｎ_２＝１：１、Ｈ_２：Ｎ_２＝１：３、Ｈ_２：Ｎ_２＝１：９、についての結果を、窒素ガスの含有割合が低い方から、含有割合が高くなるにつれて濃い色になるようにプロットしている。また、黒〇印が干渉ガスとして窒素ガスのみが混合されたメタンガス（（ＣＨ_４－Ｎ_２）ガス、窒素ガス濃度：２０ｖｏｌ％，メタンガス濃度：８０ｖｏｌ％、すなわちＨ_２：Ｎ_２＝０：１０）についての規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃの差である。また、白〇印が干渉ガスとして水素ガスのみが混合されたメタンガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガス、水素ガス濃度：２０ｖｏｌ％，メタンガス濃度：８０ｖｏｌ％、すなわちＨ_２：Ｎ_２＝１０：０）についての規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃの差である。また、縦軸が出力差［ｍＡ］であり、横軸が水素ガスの濃度［ｖｏｌ％］である。

　干渉ガスが水素ガスのみの場合、すなわち、白〇印を結ぶ実線（これを以下、「水素ガス濃度-出力差関係式」という。）を基準にすると、色付き〇印で示すように窒素ガスを含む場合は規格化出力ＸＴ．Ｃの差が実線から外れる。この実線からのズレは窒素ガスが混在することによる誤差成分になる。つまり、干渉ガスとして水素ガスと窒素ガスが含まれる場合、それらの濃度によって基準ガスの規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃに差が生じ、また窒素ガスの濃度によって誤差成分に差が生じることが明らかとなった。

　また、図９は、基準ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガス）について、熱伝導率測定手段１３への印加電圧と、規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．の関係を示す図であり、干渉ガスとしての水素ガスと窒素ガスの割合を変化させた複数（ここでは６種）の基準ガスについて、それぞれ印加電圧を変化させて規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．を測定した。縦軸が規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．であり、横軸が印加電圧である。なお、水素ガスと窒素ガスの混合ガスの濃度（Ｈ_２ガスとＮ_２ガスの合計の濃度）は、いずれの基準ガスも１０ｖｏｌ％である。同図（Ａ）が水素ガスと窒素ガスの割合（Ｈ_２：Ｎ_２）＝１：９の結果であり、同図（Ｂ）がＨ_２：Ｎ_２＝１：３の結果であり、同図（Ｃ）がＨ_２：Ｎ_２＝１：１の結果であり、同図（Ｄ）がＨ_２：Ｎ_２＝３：２の結果であり、同図（Ｅ）がＨ_２：Ｎ_２＝９：１の結果である。また、同図（Ｆ）がＨ_２：Ｎ_２＝１０：０の結果であり、すなわち、（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガス（水素ガス濃度：１０ｖｏｌ％，メタンガス濃度：９０ｖｏｌ％）についての結果である。

　これらから、熱伝導率測定手段１３への印加電圧と、（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガスの規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．の関係は、水素ガスと窒素ガスの割合によって変化し、印加電圧と（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガスの規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．の関係と、水素ガスおよび窒素ガスの割合との間には相関があることが分かった。具体的に、（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガスの規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．は、水素ガスおよび窒素ガスのそれぞれの濃度の関係式で以下の式７のように表せる。

である。

　したがって、干渉ガス中の水素ガス濃度および窒素ガス濃度が分かれば、例えば図８において色付きの〇印で示される（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガスのそれぞれについて窒素ガスの影響を排除して、水素ガス濃度-出力差関係式に一致または近似させるよう、補正を行うことができる。また、当該補正によって、熱伝導率換算熱量測定手段１２においては、式２で示す補正式（干渉ガスとして水素ガスのみを含む場合の補正式）を用いて熱量を算出することができる。

　なお、図８および図９は、干渉ガスとして水素ガスと窒素ガスが混在する対象ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガス）についての関係を示しているが、干渉ガスとして水素ガスと二酸化炭素ガスが混在する対象ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２－ＣＯ_２）ガス）の場合、および、干渉ガスとして水素ガス、窒素ガスおよび二酸化炭素ガスが混在する対象ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２－ＣＯ_２）ガス）の場合も同様であることが分かった。すなわち、干渉ガス中の水素ガス、および窒素ガスおよび／または二酸化炭素ガスの濃度が分かれば、窒素ガスおよび／または二酸化炭素ガスの影響を排除して、水素ガス濃度-出力差関係式に一致または近似させるよう、補正を行うことができる。また、当該補正によって、熱伝導率換算熱量測定手段１２においては、式２で示す補正式（干渉ガスとして水素ガスのみを含む場合の補正式）を用いて熱量を算出することができる。

　これらの知見から、本願出願人は、干渉ガスとして水素ガス、窒素ガスおよび二酸化炭素ガスを含む対象ガスであって、干渉ガスの組成や含有量が不明なガスについて、干渉ガスの濃度を算出する方法を検討し、以下の手法を見出した。この手法は、まずある関係に基づき水素ガス濃度を算出し、当該算出した水素ガス濃度に基づき、窒素ガス濃度および二酸化炭素ガス濃度（これらの合計値）を算出するものである。水素ガス濃度の算出には例えば、以下の第一の方法と第二の方法とがある。なお、以下に説明する各ガス濃度の算出において、窒素ガスおよび二酸化炭素ガスのいずれかを含まない場合には、それらの濃度の項目（窒素ガス濃度Ｘ_Ｎ２、および／または二酸化炭素ガス濃度Ｘ_ＣＯ２）を「０」として計算すればよい。

　≪水素ガス濃度算出の第一の方法≫
　水素ガス濃度算出の第一の方法は、水素ガスがある濃度である確率から求める手法である。まず、基準ガスとしてメタンガスに、少なくとも水素ガスを含有する混合ガス（具体的には、（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガス、（ＣＨ_４－Ｈ_２－ＣＯ_２）ガス、（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２－ＣＯ_２）ガス）について、水素ガスの濃度（指標となる濃度）ａｉを０～２０ｖｏｌ％（０．５ｖｏｌ％刻み、４１通り）に変化させた複数のガスを準備し、それぞれの熱伝導率および屈折率を測定する。そして以下の式８により水素ガスが各濃度ａｉである確率を求める演算パラメータｗ、ｂを取得する。これにより、水素ガス濃度が当該各濃度ａｉである確率を求める式（以下の式９）が得られる。ここで、式８、式９は例えば機械学習により得ることができるが、式８、式９の導出方法は機械学習によるものに限らない。

である。

　ある水素ガスの濃度を算出する場合は、当該水素ガスについて、例えば、熱伝導率測定手段１３、屈折率換算熱量測定手段３２などにより熱伝導率および屈折率（入力信号ｘｉ）を測定し、式８、式９により当該水素ガス濃度が上記の４１通りの各濃度（指標となる濃度）ａｉのそれぞれである確率を求める。そしてそれぞれの濃度ａｉにその確率ｆ（ａｉ）を乗じ合算することで対象の水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２が算出できる。

　≪水素ガス濃度算出の第二の方法／第１水素濃度算出式≫
　水素ガス濃度算出の第二の方法は、熱伝導率計（例えば、熱伝導率測定手段１３）への印加電圧と規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．の関係に基づき、水素濃度算出式により求めるものである。

　図１０は、（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガス中の水素ガスの割合と、熱伝導率測定手段１３への印加電圧、および（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガスの規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．の関係を示すグラフである。同図（Ａ）は、図９（Ａ）～同図（Ｆ）を１図にプロットし直し、２次曲線にフィッティングしたものであり、縦軸が規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．、横軸が印加電圧［Ｖ］である。以下、同図（Ａ）に示す６種の（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガスの曲線（または直線）を「出力－電圧関数」という。同図（Ｂ）は、同図（Ａ）に示す出力－電圧関数の傾き（曲線の場合は接線の傾き、以下、単に「傾きｄＸ_Ｔ．Ｃ．／ｄＶ」という。）を縦軸、印加電圧［Ｖ］を横軸にプロットしたグラフである。同図（Ｂ）に示すように、傾きｄＸ_Ｔ．Ｃ．／ｄＶと印加電圧は、水素ガスの割合に応じた比例関係を有することが分かる。この図１０（Ｂ）の実線で示される関係式を以下、「傾き－電圧関数」という。

　同図から明らかなように、６種の（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガスそれぞれの出力－電圧関数の極値点（ピーク、傾きｄＸ_Ｔ．Ｃ．／ｄＶが０となる点）は、水素ガスの割合が高くなるほど、印加電圧の高電圧側にシフトすることが分かった。

　図１１（Ａ）は、図１０（Ａ）に示す出力－電圧関数につき、６種の（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガスそれぞれの極値点（傾きｄＸ_Ｔ．Ｃ．／ｄＶが０となる点）の水素ガスの割合（Ｈ_２割合）を縦軸に、極値点の印加電圧［Ｖ］を横軸にプロットしたグラフである。この曲線を以下、「Ｈ_２割合－電圧曲線」という。

　また、図１１（Ｂ）は、図１０（Ｂ）に示す６種の（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガスについて、傾き－電圧関数のそれぞれの直線の傾きを縦軸に、水素ガス割合（水素ガスと窒素ガスの合計（Ｈ_２＋Ｎ_２）ガス）の濃度が１０ｖｏｌ％の場合）を横軸にプロットし、近似直線（以下、「出力－Ｈ_２割合関数」という。）を求めたものである。図１０（Ｂ）に示す「『傾き－電圧関数の直線」の傾き』とは、傾きｄＸ_Ｔ．Ｃ．／ｄＶの微分値（ｄ^２Ｘ_Ｔ．Ｃ．／ｄＶ^２）、すなわち規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．の印加電圧Ｖによる２階微分の値であり、以下単に「規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．の２階微分値」と称する場合もある。図１１においては、（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガスの結果を〇印でプロットしている。また、メタンガスに水素ガスと二酸化炭素ガスを含有する混合ガス（ＣＨ_４－Ｈ_２－ＣＯ_２）ガスと、メタンガスに水素ガスと窒素ガスおよび二酸化炭素ガスを含有する混合ガス（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２－ＣＯ_２）ガス）のそれぞれについても、図９～図１０を用いて説明した６種の（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガスの場合と同様に基準ガスを準備して水素ガスの割合との関係を求め、前者を△印でプロットし、後者を■印でプロットした。

　図１１（Ｂ）に示すように、基準ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガス、（ＣＨ_４－Ｈ_２－ＣＯ_２）ガス、（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２－ＣＯ_２）ガス）はいずれも、規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．の２階微分値と水素ガスの割合において近似曲線で示すような相関関係がある。つまり、基準ガスについてのこれらの関係に基づき、少なくとも水素ガスを干渉ガスとして含み、且つ当該干渉ガス濃度が不明な対象ガス（メタンガス）、具体的には、干渉ガス濃度が不明な（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガス、（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガス、（ＣＨ_４－Ｈ_２－ＣＯ_２）ガス、（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２－ＣＯ_２）ガス）について、水素ガス濃度を算出できることが分かった。なお、（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガスについては、図９～図１１に示す（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガスのデータ（図１１は〇印で示すデータ）のうち、Ｈ_２割合が「１」の基準ガスのデータに基づき、対象ガスの水素ガス濃度を算出可能である。

　以下、例えば水素ガス濃度、および水素ガスと窒素ガスの合計の濃度が不明な任意の対象ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガス）の場合を例に説明する。図１１（Ａ）に示すＨ_２割合－電圧曲線によれば、任意の（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガスについて、規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．を求めれば、出力－電圧関数の極値点（傾きｄＸ_Ｔ．Ｃ．／ｄＶが０となる点）に基づき、水素ガスと窒素ガスの合計（Ｈ_２＋Ｎ_２）ガス）の濃度が１０ｖｏｌ％の場合における水素ガスの割合を算出することができる。

　そして、図１１（Ｂ）の出力－Ｈ_２割合関数に基づき、算出した水素ガスの割合（横軸）に対応する規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．の２階微分値（（Ｈ_２＋Ｎ_２）ガス）の濃度が１０ｖｏｌ％の場合）が算出できる。

　したがって、任意の（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガス中の水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２は、以下の式１０Ａで示す第１水素濃度算出式により算出できる。

である。

　なお、この結果得られる水素ガス濃度は、基準ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガス）中の（Ｈ_２＋Ｎ_２）ガスの濃度に比例するので、基準ガス中の（Ｈ_２＋Ｎ_２）ガス濃度がＮ倍になった場合には、式１０の算出結果（水素ガス濃度）をＮ倍する。

　≪水素ガス濃度算出の第二の方法／第２水素濃度算出式≫
　次に第二の方法の他の例について説明する。規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．の２階微分値を用いる水素濃度算出式として以下の式１０Ｂで示す第２水素濃度算出式を利用してもよい。

である。

　式１０Ｂは、図１２に示す、規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．の２階微分値とＨ２濃度の関係から導かれる。図１２（Ａ）は、メタンガスに、干渉ガスとして水素ガスと窒素ガスを含み、これらの割合（既知の値）を変化させた複数（ここでは８種）の基準ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガス）について、それぞれ規格化出力の２階微分値と、含まれる水素ガス濃度の関係をプロットしたものである。縦軸が、水素ガス濃度[ｖｏｌ％]であり、横軸が規格化出力の２階微分値である。

　水素ガスと窒素ガスの混合ガスの濃度（Ｈ_２ガスとＮ_２ガスの合計の濃度）は、８種の割合毎にそれぞれ異なり、詳細は図１３に示した。図１３は、複数種（例えば８種）の割合(組成)毎に調整した、Ｈ_２ガス濃度および、Ｈ_２ガスとＮ_２ガスの合計の濃度（実測値）の一覧である。これらの基準ガスを用いて規格化出力の２階微分値を算出し、水素ガス濃度との関係をプロットした結果が同図（Ａ）である。水素ガスと窒素ガスの８種の割合（Ｈ_２：Ｎ_２）は、Ｈ_２：Ｎ_２＝１：０、Ｈ_２：Ｎ_２＝９：１、Ｈ_２：Ｎ_２＝３：１、Ｈ_２：Ｎ_２＝３：２、Ｈ_２：Ｎ_２＝１：１、Ｈ_２：Ｎ_２＝２：３、Ｈ_２：Ｎ_２＝１：３、Ｈ_２：Ｎ_２＝１：９、でありこれらの結果を、窒素ガスの含有割合が低い方から、含有割合が高くなるにつれて薄い色になるようにプロットしている。

　図１２（Ａ）の結果から、（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガスにおいては、干渉ガスである水素ガスと窒素ガスの割合(組成)に拘わらず、規格化出力の２階微分値と水素ガス濃度に相関があることが分かった。

　また、図１２（Ｂ）は、メタンガスに、水素ガスと二酸化炭素ガスを含む基準ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２－ＣＯ_２）ガス：□印のプロット）、水素ガスとエタンガスを含む基準ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｃ_２Ｈ_６）ガス：△印のプロット）、水素ガスと窒素ガスと二酸化炭素ガスを含む基準ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２－ＣＯ_２）ガス：×印のプロット）、をそれぞれ含む基準ガスについて、図１２（Ａ）の場合と同様に測定した結果を示す。つまり、それぞれの基準ガスについて干渉ガスの割合（組成：既知の値）を複数種（（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガスは８種、（ＣＨ_４－Ｈ_２－ＣＯ_２）ガスは５種、（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｃ_２Ｈ_６）ガスは４種、（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２－ＣＯ_２）ガスは２種）に変化させ、規格化出力の２階微分値を横軸に、含まれる水素ガス濃度[ｖｏｌ％]を縦軸にプロットした。それぞれの基準ガスにおける干渉ガス（混合ガス）の濃度は、各干渉ガスの８種の割合（組成）毎にそれぞれ異なり、詳細は図１３に示した。また、図１２（Ｂ）において同図（Ａ）の結果も併記している。すなわち、メタンガスに、干渉ガスとして水素ガスのみを含む基準ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガス）は、同図（Ａ）のＨ２：Ｎ２＝１：０の結果であり、同図（Ｂ）において●印でプロットし、干渉ガスとして水素ガスと窒素ガスを含む基準ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガス）の結果は、同図（Ｂ）において○印でプロットした。

　図１２（Ｂ）の結果から、干渉ガスの種類、および割合（組成）に拘わらず、規格化出力の２階微分値と水素ガス濃度に相関があることが分かった。

　ここで、式１０Ｂの係数（α、β，γ）の具体例は、α＝－６．３２８４、β＝１６．９０３、γ＝０である。つまり、式１０Ｂの一例は以下の通りである。

　　　　　Ｘ_Ｈ２＝　－6.3284×ｆ"（Ｖ）^２＋16.903×ｆ"（Ｖ）　　　（式１０Ｂ）

　このように、第二の方法は、式１０Ａに示す水素濃度算出式（第１水素濃度算出式）または、式１０Ｂに示す水素濃度算出式（第２水素濃度算出式）を用いて水素ガス濃度を算出するものであり、以下、式１０Ａおよび式１０Ｂを水素ガス濃度算出式と総称する場合がある。

　以上、第一の方法、あるいは第二の方法によって算出した水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２に基づき、上記式２で示す補正出力値（Ｈ_２）を更に（追加で）補正する。具体的には、以下の式１１によって、上記の式２に示す補正出力値（Ｈ_２）の算出式における「出力差（Ｈ_２）」を補正する。

である。

　なお、この補正は、補正後出力差ｙ＜補正前の出力差（式２の当初の「出力差（Ｈ_２）」）の場合のみ行う。すなわち、式１１の補正後の出力差ｙが、式２の「出力差（Ｈ_２）」より小さい場合のみ、式２の「出力差（Ｈ_２）」として式１１の補正後の出力差ｙを用いる。

　既に述べたように、水素ガス濃度算出式（式１０Ａ，式１０Ｂ）によれば、干渉ガスとして少なくとも水素ガスを含み、さらに窒素ガスおよび／または二酸化炭素ガスを含む対象ガスの水素ガス濃度を算出することができる。そして当該対象ガスの窒素ガスおよび／または二酸化炭素ガスの濃度は以下のように算出可能である。

　式２における「出力差（Ｈ_２）」（以下、「補正前出力差（Ｈ_２）」という）と、式１１の補正後の出力差ｙ（以下、「補正後出力差（Ｈ_２）」という）、から以下の式１２により窒素ガスと二酸化炭素ガスの合計濃度（Ｘ_Ｎ２＋Ｘ_ＣＯ２）を計算する。

　なお、窒素ガスおよび／または二酸化炭素ガスを含まない場合は、Ｘ_Ｎ２濃度および／またはＸ_ＣＯ２濃度は「０」とする。

である。

　さらに、窒素ガスと二酸化炭素ガスの合計濃度（Ｘ_Ｎ２＋Ｘ_ＣＯ２）に基づいて以下の式１３にて決定される追加補正量を、式２の出力値（Ｈ_２）に加算する。

である。

　このようにして、算出した干渉ガス中の水素ガス、および窒素ガスおよび／または二酸化炭素ガスの濃度に基づき、式２を補正することで、窒素ガスおよび／または二酸化炭素ガスの影響を排除して、水素ガス濃度-出力差関係式に一致または近似させることができる。このように、式１１～式１３の補正を反映させた式２の補正出力値（Ｈ_２）を、以下「追加補正出力値（Ｈ_２）」という。そして、追加補正出力値（Ｈ_２）を規格化出力の値として第１熱量算出式のＸ_Ｔ．Ｃ．に代入することで、熱伝導率換算熱量Ｑ_Ａを算出することができる。

　図１４および図１５は、第３実施形態の具体例として、熱量測定装置３５の概要を示すブロック図である。図１４は、熱量測定装置３５の全体構成を示す概要図であり、図１５は、主に補正手段１４による補正処理について説明するための概要図である。なお、第２実施形態と同一構成は同一符号で示しその説明を省略する。

　熱量測定装置３５は、熱伝導率換算熱量測定手段３１と、屈折率換算熱量測定手段３２と、熱量算出手段３３と、出力手段１８などを有する。第３実施形態における補正手段１４は、さらに第３ガス濃度算出手段１４６と、追加補正出力値算出手段１４７とを有する。

　図１５示すように、第３ガス濃度算出手段１４６は、対象ガス中の第３のガスの濃度（以下、「第３のガス濃度」という。）を取得する。具体的には、式８および式９を保持し、これを用いる第一の方法に基づき、第３のガス濃度（ここでは、水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２）を算出する。あるいは、式１０、図１０（Ｂ）に示す傾き－電圧関数、図１１（Ａ）に示すＨ_２割合－電圧曲線、図１１（Ｂ）に示す出力－Ｈ_２割合関数を保持し、これらを用いる第二の方法に基づき、第３のガス濃度（ここでは、水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２）を算出する。

　追加補正出力値算出手段１４７は、補正出力値算出手段１４２が有する補正出力値（Ｈ_２を算出する補正式（式２）の出力値（Ｈ_２）および出力差（Ｈ_２）を、追加で補正する。より詳細には、追加補正出力値算出手段１４７は、第一の方法または第二の方法によって算出した第３のガス濃度（算出した水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２）に基づき、式１１により、式２の出力差（Ｈ_２）を補正するｙ（補正後の出力差（Ｈ_２））を求める。また、式１２により対象ガス中の第４のガス（ここでは、窒素ガスおよび／または二酸化炭素ガス）の濃度（以下、「第４のガス濃度」という。）を算出する。そして、第３のガス濃度と第４のガス濃度に基づいて式１３により追加補正量を算出する。

　そして追加補正出力値算出手段１４７は、ｙ（補正後の出力差（Ｈ_２））を式２の出力差（Ｈ_２）に代入し、追加補正量を式２の出力値（Ｈ_２）に代入して、式２の（当初の）補正出値（Ｈ_２）を更に補正した追加補正出力値（Ｈ_２）を取得する。

　補正手段１４は、この追加補正出力値（Ｈ_２）によって、熱伝導測定手段１３の測定結果（規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．実測値）を補正する。

　熱伝導率換算熱量算出手段１５は、補正後の規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．を用いて（追加補正出力値（Ｈ_２）を規格化出力の値として第１熱量算出式のＸ_Ｔ．Ｃ．に代入し）式１により熱伝導率換算熱量Ｑ_Ａを算出する。また、第２実施形態と同様に屈折率換算熱量Ｑ_Ｂを算出し、熱量算出手段３３は、熱伝導率換算熱量Ｑ_Ａと、屈折率換算熱量Ｑ_Ｂと、第４のガス（窒素ガス、二酸化炭素ガスの少なくともいずれか）による誤差を補正する係数ＣＦ、および第２熱量算出式（式６）により対象ガスの熱量Ｑを算出する。

　第３実施形態による熱量算出方法は、具体的には以下の通りである。まず、第２実施形態と同様に、式１に示す熱量算出式（第１熱量算出式）を取得する。

　次に、測定動作中においては、例えばガスパイプライン１１内を流通する対象ガス（例えば、水素ガスおよび窒素ガスを含むメタンガス）をガス流路１９を介して熱伝導率換算熱量測定手段３１に供給する。これにより当該熱伝導率換算熱量測定手段３１において第１熱量算出式に基づき、第３のガス（水素ガス）による誤差を補正して対象ガスの熱伝導率換算熱量Ｑ_Ａを算出する。

　具体的には、熱伝導率測定手段１３に第１の電圧（例えば、１．０Ｖ）を印加して対象ガスを測定し、第１の出力（実測値）を取得する。次に、熱伝導率測定手段１３に第２の電圧（例えば、０．５Ｖ）を印加して同じ対象ガスを測定し、第２の出力（実測値）を取得する。

　次に、補正手段１４において、第１の出力と第２の出力の差分（出力差）を算出する。そして、上記式２で示す補正式によって、対象ガスの補正出力値（Ｈ_２）（水素ガスによる誤差を補正した後の熱伝導率測定手段１３の規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．）を算出する。

　その後、第３ガス濃度算出手段１４６において対象ガス中の第３のガス濃度（例えば、水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２）を算出する。当該算出した水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２に基づき、式２の出力差（Ｈ_２）を補正する補正値ｙを取得する（式１１）。また、水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２に応じて、対象ガス中の第４のガス濃度（例えば窒素ガス濃度および二酸化炭素ガス濃度）を算出し（式１２）、各種濃度に基づき追加補正量（式１３）を取得する。必要に応じて（ｙ＜式２の当初の出力差（Ｈ_２）の場合のみ）式１１の補正値ｙを式２の出力差（Ｈ_２）に代入する。また、式１３の追加補正量を式２の出力値（Ｈ_２）に代入し、得た追加補正出力値（Ｈ_２）を第１熱量算出式（式１）のＸ_Ｔ．Ｃ．として、対象ガスの熱伝導率換算熱量Ｑ_Ａを算出する。

　また、対象ガスをガス流路１９を介して屈折率換算熱量測定手段３２に供給し、対象ガスについて屈折率換算熱量Ｑ_Ｂを取得する。

　そして、得られた屈折率換算熱量Ｑ_Ｂと、熱伝導率換算熱量Ｑ_Ａと上記の式６に示す第２熱量算出式により、対象ガスの熱量Ｑを算出する。

　図１６から図１８は、第３実施形態において、第一の方法（例えば機械学習を用いる方法）により水素ガス濃度Ｈ２を算出し、熱量Ｑを計算した結果を示すグラフである。

　図１６は、成分濃度が明らかな干渉ガス（（Ｈ_２＋Ｎ_２）ガス））を含む基準ガスについて、第３実施形態の第一の方法（例えば、機械学習を用いる方法）によって水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２を算出し、熱量Ｑを求めた結果（計算熱量）と、実測した熱量（実熱量）を比較したグラフである。検証用のデータとして、ここではメタンガスに水素ガスと窒素ガスとをそれぞれ異なる割合で含有する６種の混合ガス（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガス）を準備し、第３実施形態の熱量算出手段３３により算出した熱量Ｑ（計算熱量）［ＭＪ／ｍ^３］を縦軸、実測した熱量（実熱量）［ＭＪ／ｍ^３］を横軸とする座標系に示した。〇印が計算熱量の結果である。また破線が、計算熱量と実熱量が一致する場合（実線）に対する±１％の誤差範囲を示している。併せて、追加補正出力値（Ｈ２）によって窒素ガスを含むことに起因する誤差を補正する以前の（水素ガスのみを含みことに起因する誤差を補正する）式２による補正出力値（Ｈ２）に基づき、熱量Ｑを求めた結果を「出力差」として×印にてプロットしている。

　同図（Ａ）が水素ガスと窒素ガスの割合（Ｈ_２：Ｎ_２）＝１：９の結果であり、同図（Ｂ）がＨ_２：Ｎ_２＝１：３の結果であり、同図（Ｃ）がＨ_２：Ｎ_２＝１：１の結果であり、同図（Ｄ）がＨ_２：Ｎ_２＝３：２の結果であり、同図（Ｅ）がＨ_２：Ｎ_２＝９：１の結果であり、同図（Ｆ）がＨ_２：Ｎ_２＝１０：０の結果である。同図から明らかなように、本実施形態によれば、（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガスの熱量Ｑを実測値との誤差±１％以内の高い精度で算出できる。

　図１７は、成分濃度が明らかな干渉ガス（（Ｈ_２＋ＣＯ_２）ガス））を含む基準ガスについて、第３実施形態の第一の方法による熱量Ｑの算出結果（計算熱量）と、実測した熱量（実熱量）を比較したグラフである。検証用のデータとして、ここではメタンガスに水素ガスと二酸化炭素ガスとをそれぞれ異なる割合で含有する５種の混合ガス（ＣＨ_４－Ｈ_２－ＣＯ_２）ガス）を準備し、第３実施形態の熱量算出手段３３により算出した熱量Ｑ（計算熱量）［ＭＪ／ｍ^３］を縦軸、実測した熱量（実熱量）［ＭＪ／ｍ^３］を横軸とする座標系に示した。〇印が計算熱量の結果である。また破線が±１％の誤差範囲を示している。併せて、追加補正出力値（Ｈ２）によってＣＯ_２ガスを含むことに起因する誤差を補正する以前の（水素ガスのみを含みことに起因する誤差を補正する）式２による補正出力値（Ｈ２）に基づき、熱量Ｑを求めた結果を「出力差」として×印にてプロットしている。

　同図（Ａ）が水素ガスとＣＯ_２ガスの割合（Ｈ_２：ＣＯ_２）＝２：３の結果であり、同図（Ｂ）がＨ_２：ＣＯ_２＝１：１の結果であり、同図（Ｃ）がＨ_２：ＣＯ_２＝３：２の結果であり、同図（Ｄ）がＨ_２：ＣＯ_２＝９：１の結果である。なお、同図においては、ＣＯ_２ガスの濃度が実質的な範囲である４ｖｏｌ％以下のデータについてプロットしている。また、Ｈ_２：ＣＯ_２＝１：３のデータについては、図示を省略しているが、「出力差」と算出結果にほとんど差異はなかった。同図から明らかなように、本実施形態によれば、（ＣＨ_４－Ｈ_２－ＣＯ_２）ガスについても実測値との誤差を低減して熱量Ｑを算出できる。

　図１８は、成分濃度が明らかな干渉ガス（（Ｈ_２＋Ｎ_２＋ＣＯ_２）ガス））を含む基準ガスについて、第３実施形態の第一の方法による熱量Ｑの算出結果（計算熱量）と、実測した熱量（実熱量）を比較したグラフである。検証用のデータとして、ここではメタンガスに水素ガス、窒素ガスおよび二酸化炭素ガスとをそれぞれ異なる割合で含有する２種の混合ガス（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２－ＣＯ_２）ガス）を準備し、第３実施形態の熱量算出手段３３により算出した熱量Ｑ（計算熱量）［ＭＪ／ｍ^３］を縦軸、実測した熱量（実熱量）［ＭＪ／ｍ^３］を横軸とする座標系に示した。〇印が計算熱量の結果である。また破線が±１％の誤差範囲を示している。併せて、追加補正出力値（Ｈ２）によってＣＯ_２ガスを含むことに起因する誤差を補正する以前の（水素ガスのみを含みことに起因する誤差を補正する）式２による補正出力値（Ｈ２）に基づき、熱量Ｑを求めた結果を「出力差」として×印にてプロットしている。同図においても、ＣＯ_２ガスの濃度が実質的な範囲である４ｖｏｌ％以下のデータについてプロットしている。

　同図（Ａ）が水素ガス、窒素ガスおよびＣＯ_２ガスの割合（Ｈ_２：Ｎ_２：ＣＯ_２）＝６：１：１の結果であり、同図（Ｂ）がＨ_２：Ｎ_２：ＣＯ_２＝２：１：１の結果である。同図から明らかなように、本実施形態によれば、干渉ガスとして水素ガス、窒素ガスおよびＣＯ_２ガスを含む混合ガス（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２－ＣＯ_２）ガス）についても、実測値との誤差を低減して熱量Ｑを算出できる。

　図１９は、成分濃度が明らかな干渉ガス（Ｈ_２ガス））を含む基準ガスについて、第３実施形態による熱量Ｑの算出結果（計算熱量）と、実測した熱量（実熱量）を比較したグラフである。検証用のデータとして、ここではメタンガスに、エタンガスと水素ガスを異なる割合で含有する３種の混合ガス（ＣＨ_４－Ｃ_２Ｈ_６－Ｈ_２）ガス）を準備し、第３実施形態の熱量算出手段３３により算出した熱量Ｑ（計算熱量）［ＭＪ／ｍ^３］を縦軸、実測した熱量（実熱量）［ＭＪ／ｍ^３］を横軸とする座標系に示した。〇印が計算熱量の結果である。また破線が±１％の誤差範囲を示している。併せて、追加補正出力値（Ｈ_２）によって窒素ガスを含むことに起因する誤差を補正する以前の（水素ガスのみを含みことに起因する誤差を補正する）式２による補正出力値（Ｈ_２）に基づき、熱量Ｑを求めた結果を「出力差」として×印にてプロットしている。

　同図（Ａ）が水素ガスとエタンガスの割合（Ｈ_２：Ｃ_２Ｈ_６）＝３：１の結果であり、同図（Ｂ）がＨ_２：Ｃ_２Ｈ_６＝２：３の結果であり、同図（Ｃ）がＨ_２：Ｃ_２Ｈ_６＝１：３の結果である。

　上述の実施形態では第１のガスがメタンガスである場合を例に説明したが、第１のガスは異なるパラフィン系炭化水素ガスの混合ガスであってもよく、同図は第１のガスが（ＣＨ_４－Ｃ_２Ｈ_６）ガスであり、干渉ガスとして水素ガスを含む混合ガスの計算結果である。干渉ガスとして水素ガスのみであるので、上述の第１実施形態（式２による水素ガスのみの補正を行った熱量算出式（式１）による熱量Ｑ_Ａの算出）で高い精度で計算できる。同図によれば、第１のガスが（ＣＨ_４－Ｃ_２Ｈ_６）ガスであり、干渉ガスとして水素ガスを含む混合ガスについても、第３実施形態による熱量Ｑの計算方法により、第１実施形態の場合と同等の精度が得られることが明らかとなった。

　なお、本発明は、上述した本実施形態の熱量算出方法を実行可能なプログラムであってもよい。

　本実施形態によれば、パラフィン系炭化水素ガスに、熱量算出の誤差要因となる干渉ガスを含む対象ガスについて、熱伝導率と屈折率を測定することにより、熱量Ｑを算出することができる。すなわち、測定手段として熱伝導率および屈折率の測定が可能な既知の構成（例えば、熱伝導率計および屈折率計）によって熱量算出が可能となるため、低コストでシンプルな構成で熱量測定（算出）が可能となる。

　また、特に干渉ガスが水素ガスと他のガス（窒素ガスおよび二酸化炭素ガスの少なくともいずれか）の混合ガスであり、干渉ガスの組成（混合比、濃度）が不明であっても、干渉ガスに起因する誤差要因を排除または減少させて、熱量Ｑを精度よく算出することができる。

　＜他の実施形態（第４実施形態）／水素ガス濃度算出装置（第一の構成）＞
　図２０を参照して本発明の他の実施形態について説明する。図２０は、水素ガス濃度算出装置７０の第一の構成を示す概略図である。第１実施形態～第３実施形態と同一構成要素は同一符号で示し、その詳細な説明は省略する。

　本実施形態の水素ガス濃度算出装置７０は、少なくとも水素ガスを含む対象ガスの熱的出力に基づき、当該対象ガス中に含まれる水素ガス濃度を算出可能である。対象ガスは、水素ガスの他に例えばパラフィン系炭化水素ガス、好適にはメタンガスを８０ｖｏｌ％以上含むガスであり、水素ガスとメタンガス以外に、窒素ガスおよび／または二酸化炭素ガスを含んでもよい。

　熱的出力は例えば、熱伝導率である。具体的に、水素ガス濃度算出装置７０は、熱伝導率測定手段１３と、ガス濃度算出手段１４６と、出力手段１８などを有し、対象ガスの熱伝導率に基づいてガス濃度算出手段１４６は、第３実施形態の第３ガス濃度算出手段１４６と同様の構成である。より具体的には、第３ガス濃度算出手段１４６は、例えば、第二の方法を用いて水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２を算出するもの（水素ガス濃度算出手段）であり、図１０（Ｂ）に示す傾き－電圧関数、図１１（Ａ）に示すＨ_２割合－電圧曲線、図１１（Ｂ）に示す出力－Ｈ_２割合関数および、式１０の水素ガス濃度算出式（式１０Ａの第１水素ガス濃度算出式、または式１０Ｂの第２水素ガス濃度算出式）を保持し、これらに基づき、対象ガス中の水素ガス濃度を取得する。

　水素ガス濃度算出装置７０による水素ガス濃度算出方法は、以下の通りである。例えばガスパイプライン１１内を流通する対象ガス（組成が不明な水素ガスを含むガス）をガス流路１９を介して水素ガス濃度算出装置７０に供給する。

　そして、熱伝導率測定手段１３に異なる複数（例えば２種以上、好ましくは５種以上、望ましくは１０種以上）の電圧を印加し、それぞれの規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．を取得する。

　その後、図１０（Ｂ）に示す傾き－電圧関数、図１１（Ａ）に示すＨ_２割合－電圧曲線、図１１（Ｂ）に示す出力－Ｈ_２割合関数および式１０（式１０Ａまたは式１０Ｂ）に基づき、対象ガス中の水素ガス濃度を算出する。

　なお、第４実施形態における水素ガス濃度算出装置７０の第３ガス濃度（水素ガス濃度）算出手段１４６は、例えば第一の方法（式８、式９）により水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２を算出する構成であってもよい。

　近年、天然ガス由来の都市ガス等に対し、水素ガスを導入する試みが進められている。本発明によれば、天然ガスに任意の濃度で水素ガス、バイオガス、コークス炉ガスなどが導入された混合ガスについて、比較的簡素な構成で、熱量の算出および／または水素ガス濃度の算出を行うことができる。

　＜水素ガス濃度算出装置＞
　以下、図２１～図３２を参照して、水素ガス濃度算出装置について更に説明する。上記の実施形態と同一構成要素は同一符号で示し、その詳細な説明は省略する。まず、図２１は、他の例の水素ガス濃度算出装置７１の構成（第二の構成）を説明する概要図である。

　水素ガス濃度算出装置７１は、少なくとも水素ガスを含む対象ガスの熱的出力に基づき、当該対象ガス中に含まれる水素ガス濃度を算出可能である。対象ガスは、例えば天然ガスであり、好適には、パラフィン系炭化水素ガスに水素ガスと、窒素ガスおよび／または二酸化炭素ガスを含む混合ガスである。具体的に、水素ガス濃度算出装置７１は少なくとも、熱的出力が可能な手段（例えば熱伝導率測定手段１３）と、差分算出手段１４１と、水素ガス濃度算出手段１４９を有する。

　差分算出手段１４１は、上記の実施形態と同様である。すなわち、差分算出手段１４１は、熱伝導率測定手段１３に第１の電圧Ｖ１を印加して得た出力（電流値）を規格化（正規化）したもの（規格化電流値Ｉ_１）と、第２の電圧Ｖ２を印加して得た第２の出力（電流値）を規格化（正規化）したもの（規格化電流値Ｉ_２）との差分ΔＩ（＝Ｉ_１－Ｉ_２）を演算する手段である。なお、規格化電流値Ｉ_１，Ｉ_２は上記の実施形態における規格化出力Ｘ_Ｔ．Ｃ．であり、以下の説明においては規格化電流値Ｉ、Ｉ_１，Ｉ_２として記載するが_、これらを規格化出力Ｘ_{Ｔ．Ｃ．、}Ｘ_{Ｔ．Ｃ１．、}Ｘ_{Ｔ．Ｃ２．}と置き換え可能である。また、差分ΔＩは上記の実施形態における出力差（Ｈ_２）であり、以下の説明では出力差ΔＩとして記載するが、これを出力差（Ｈ_２）と置き換え可能である。

　水素ガス濃度算出手段１４９は以下の式１４を有し、差分算出手段１４１により求めた出力差ΔＩに基づき、対象ガス中の水素ガス濃度ｘＨ_２を算出する。

である。

　なお、ａは適宜選択される定数であり、一例としてａ＝２０～３０、好適には、ａ＝２５～２７、より好適には、ａ＝２６．４などである。

　この水素ガス濃度算出装置７１は、対象ガスの測定手段が熱伝導率測定手段１３のみであり、また水素ガス濃度の算出処理も簡素である（複雑でない）点で、利便性が高い。

　図２２は、図２１に示す水素ガス濃度算出装置７０の算出結果を示すグラフであり、水素ガスを含む、成分濃度が明らかな複数の基準ガスについて、図２１に示す（式１４を用いる）水素ガス濃度算出装置７０により測定（算出）した結果（測定Ｈ_２濃度［ｖｏｌ％］）を縦軸に、明らかになっている（実際の）水素ガス濃度Ｈ_２［ｖｏｌ％］を横軸にプロットしたグラフである。

　同図（Ａ）の基準ガスは、図８の基準ガスと同様の混合ガス、すなわちメタンガスに、水素ガスと窒素ガスとをそれぞれ異なる割合で含有する７種の混合ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガス）と、メタンガスに水素ガスを含有する混合ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガス）と、メタンガスに窒素ガスを含有する混合ガス（（ＣＨ_４－Ｎ_２）ガス）である。同図（Ａ）は、窒素ガスの割合の低い方から〇印（Ｈ_２：Ｎ_２＝１：０）、△印（Ｈ_２：Ｎ_２＝９：１）、□印（Ｈ_２：Ｎ_２＝３：１）、◇印（Ｈ_２：Ｎ_２＝３：２）、×印（Ｈ_２：Ｎ_２＝１：１）、●印（Ｈ_２：Ｎ_２＝２：３）、▲印（Ｈ_２：Ｎ_２＝１：３）、■印（Ｈ_２：Ｎ_２＝１：９）、◆印（Ｈ_２：Ｎ_２＝０：１）で示している。〇印は、（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガスについての結果であり、◆印は、（ＣＨ_４－Ｎ_２）ガスについての結果である。実線は、測定Ｈ２濃度と実際の水素ガス濃度Ｈ２が一致する場合に対する±１％の誤差範囲を示している。

　なお、図２２に示した基準ガスは、含まれるガスの種類は図８の基準ガスと同様であるが、各ガスの濃度が異なる。図２３は、図２２（Ａ）に示す複数の基準ガスに含まれる、上記比率の水素ガスと窒素ガスの濃度（実測値）の一例を示した。また、それぞれの基準ガスにおいて、メタンガスの濃度は、水素ガスおよび窒素ガスの合計の濃度を除く値となる。また、実際の対象ガスに含まれる窒素ガス濃度は５ｖｏｌ％以下、二酸化炭素ガス濃度は２ｖｏｌ％以下であることが多い。従って、以降の説明においては、基準ガスに含まれる窒素ガスはその濃度が５ｖｏｌ％以下、二酸化炭素ガスはその濃度は２ｖｏｌ％以下である場合について説明する。

　図２２（Ｂ）は、同図（Ａ）における窒素ガスを二酸化炭素ガスに代えた基準ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２－ＣＯ_２）ガス、（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガス、（ＣＨ_４－ＣＯ_２）ガス）の場合であり、二酸化炭素ガスの割合の低い方から〇印（Ｈ_２：ＣＯ_２＝１：０）、△印（Ｈ_２：ＣＯ_２＝９：１）、□印（Ｈ_２：ＣＯ_２＝３：２）、×印（Ｈ_２：ＣＯ_２＝１：１）、●印（Ｈ_２：ＣＯ_２＝２：３）、▲印（Ｈ_２：ＣＯ_２＝１：３）、■印（Ｈ_２：ＣＯ_２＝０：１）、で示している。それ以外は同図（Ａ）と同様である。

　図２４は、図２２（Ｂ）に示す複数の基準ガスに含まれる、上記比率の水素ガスと二酸化炭素ガスの濃度（実測値）の一例を示した。また、それぞれの基準ガスにおいて、メタンガスの濃度は、水素ガスおよび二酸化炭素ガスの合計の濃度を除く値となる。

　図２２（Ｃ）は、メタンガスにエタンガスおよび／または水素ガスを混合した基準ガス（（ＣＨ_４－Ｃ_２Ｈ_６－Ｈ_２）ガス、（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガス、（ＣＨ_４－Ｃ_２Ｈ_６）ガス）の場合であり、エタンガスの割合の低い方から〇印（Ｈ_２：Ｃ_２Ｈ_６＝１：０）、△印（Ｈ_２：Ｃ_２Ｈ_６＝３：１）、●印（Ｈ_２：Ｃ_２Ｈ_６＝２：３）、▲印（Ｈ_２：Ｃ_２Ｈ_６＝１：３）、■印（Ｈ_２：Ｃ_２Ｈ_６＝１：９）、◆印（Ｈ_２：Ｃ_２Ｈ_６＝０：１）、で示している。

　図２５は、図２２（Ｃ）に示す複数の基準ガスに含まれる、上記比率の水素ガスとエタンガスの濃度（実測値）の一例を示した。また、それぞれの基準ガスにおいて、メタンガスの濃度は、水素ガスおよびエタンガスの合計の濃度を除く値となる。

　図２２（Ｄ）は、メタンガスに水素ガスを混合した基準ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガス）と、メタンガスに窒素ガスおよび二酸化炭素ガスおよび水素ガスを混合した基準ガス（（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２－ＣＯ_２）ガス）の場合であり、水素ガスの割合の高い方から〇印（Ｈ_２：Ｎ_２：ＣＯ_２＝１：０：０）、△印（Ｈ_２：Ｎ_２：ＣＯ_２＝６：１：１）、●印（Ｈ_２：Ｎ_２：ＣＯ_２＝２：１：１）、で示している。

　図２６は、図２２（Ｄ）に示す複数の基準ガスに含まれる、上記比率の水素ガス、窒素ガス、二酸化炭素ガスの濃度（実測値）の一例を示した。また、それぞれの基準ガスにおいて、メタンガスの濃度は、水素ガス、窒素ガスおよび二酸化炭素ガスの合計の濃度を除く値となる。

　これらの結果から、水素ガス濃度算出手段１４９（式１４）の算出結果（測定Ｈ_２濃度）は、いずれの基準ガスの場合も、窒素ガスおよび／または二酸化炭素ガスの含有割合が多くなるほど、実際の水素ガス濃度からの誤差が大きくなることがわかる。

　つまり、図２１に示す水素ガス濃度算出装置７１は、シンプルな構成で容易に実現できる一方で、干渉ガス（特に窒素ガスおよび／二酸化炭素ガス）を含むことによる誤差が生じやすいため、干渉ガスによる誤差が厳密でない場合、あるいは、窒素ガスおよび／二酸化炭素ガスの含有割合が少ない場合においては、有用であるといえる。

　図２０に示す第一の構成の水素ガス濃度算出装置７０（式１０を用いて演算する水素ガス濃度算出手段１４６）は、このような窒素ガスおよび／二酸化炭素ガスを含有することによる誤差を低減できる装置である。これによれば、いずれも規格化電流値Ｉの印加電圧Ｖによる２階微分値（ｄ^２Ｉ／ｄＶ^２、以下、単に「規格化電流値Ｉの２階微分値」ともいう。）を用いる、第１水素ガス濃度算出式（式１０Ａ）または第２水素ガス濃度算出式（式１０Ｂ）により演算を行うことで、対象ガスに窒素ガスおよび／または二酸化炭素ガスが含有される場合であっても、算出される水素ガス濃度の値（測定Ｈ２濃度［ｖｏｌ％］）と、実際に含まれる水素ガス濃度Ｈ_２［ｖｏｌ％］との誤差を小さくすることができる。

　繰り返しになるが、再び図１０（Ｂ）を参照して、出力－電圧関数（図１０（Ａ））の傾きｄＩ／ｄＶと、印加電圧Ｖは、水素ガスの割合に応じた比例関係を有する。これは、対象ガスに窒素ガスおよび／または二酸化炭素ガスが含まれていても、図１０（Ｂ）に示す「傾き－電圧関数」にすることでこれらの影響を排除できることを意味する。つまり、図１０（Ｂ）の実線で示される「傾き－電圧関数」の傾きは、特に、水素ガス濃度ｘＨ_２が１０ｖｏｌ％以下の場合には水素ガス濃度ｘＨ_２に応じた一定の値となり、以下の式１５で表される。

である。

　この式１５は、水素ガス濃度を算出する上述の第１水素濃度算出式（式１０Ａ）による演算を示している。つまり式１０（ａ）中の「１／ｆ"（Ｖ）（１０ｖｏｌ％）×１０」は定数であり、これを定数ａで置き換えた式が式１５となる。

　図２７は、第１水素濃度算出式（式１０Ａ）による演算結果（測定Ｈ_２濃度）と実際の水素ガス濃度（Ｈ_２濃度）の誤差を示すグラフである。水素ガスを含む組成が明らかな複数の基準ガスのそれぞれについて、図２０に示す水素ガス濃度算出装置７０の熱伝導測定手段１３に異なる１６種類の電圧Ｖ１６～Ｖ１を印加した際の規格化電流値Ｉ１６～Ｉ１を２次曲線に近似して「出力－電圧関数」を取得し（図１０（Ａ））、その傾きｄＩ／ｄＶの微分値（規格化電流値Ｉの２階微分値）を用いて式１０Ａにより水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２を求めた。その結果（測定Ｈ_２濃度[ｖｏｌ％]）を縦軸に、実際に混合した水素ガス濃度（Ｈ２濃度[ｖｏｌ％]）を横軸にプロットした。基準ガスは、その組成も含め図２２に示すグラフで説明したものと同様であり、図２７（Ａ）が（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガス、（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガスおよび（ＣＨ_４－Ｎ_２）ガスの場合であり、同図（Ｂ）が（ＣＨ_４－Ｈ_２－ＣＯ_２）ガス、（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガスおよび（ＣＨ_４－ＣＯ_２）ガス）の場合であり、同図（Ｃ）が（ＣＨ_４－Ｃ_２Ｈ_６－Ｈ_２）ガス、（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガスおよび（ＣＨ_４－Ｃ_２Ｈ_６）ガス）の場合であり、同図（Ｄ）が（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガスおよび（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２－ＣＯ_２）ガスの場合である。

　これらの結果からも明らかなように、図２０に示す水素ガス濃度測定装置７０（式１０Ａ）によれば、測定（算出）される水素ガス濃度（測定Ｈ_２濃度）と実際の水素ガス濃度（Ｈ_２濃度）の誤差を概ね±１ｖｏｌ％に収めることができる。

　ここで、水素ガス濃度ｘＨ_２が１０ｖｏｌ％までの場合は、規格化電流値Ｉの２階微分値と水素ガス濃度ｘＨ_２が直線的に変化するため、式１０Ａ（式１５）を用いる。水素ガス濃度ｘＨ_２が１０ｖｏｌ％を超える場合は、規格化電流値Ｉの２階微分値と水素ガス濃度ｘＨ_２が曲線的に変化するため、近似曲線を用いた式１０(Ｂ)を用いる。

　図２８は本実施形態に係る、更に別の水素ガス濃度算出装置７２の構成（第三の構成）を示す概要図である。この水素ガス濃度算出装置７２も少なくとも水素ガスを含む対象ガスの熱的出力に基づき、当該対象ガス中に含まれる水素ガス濃度を算出可能であり、対象ガスの熱的出力と複数の物性値に基づき水素ガス濃度を算出する。

　ここで、対象ガスの複数の物性値とは、対象ガスに含まれるパラフィン系炭化水素ガスの熱量と所定の相関を有する複数の物性値であり、一例として、屈折率（熱量と比例関係）および密度（熱量と反比例関係）である。

　具体的に水素ガス濃度算出装置７２は、例えば、熱的出力が可能な手段（例えば熱伝導率測定手段１３）と、差分算出手段１４１と、屈折率換算熱量算出手段３２と、密度換算熱量算出手段５５と、水素ガス濃度算出手段１５０と出力手段１８を有する。

　熱伝導率測定手段１３、差分算出手段１４１および、屈折率換算熱量算出手段３２は上記の実施形態（図４等）で説明した構成と同様であるので説明は省略する。

　密度換算熱量算出手段５５は、密度換算熱量Ｑ_Ｃを取得する手段であり、例えば、薄肉円筒体よりなる振動管を対象ガス中において振動させた場合の共振周波数が、当該対象ガスの密度に基づいて変化することを利用し、共振周波数の変化量に基づいて対象ガスの密度換算熱量Ｑ_Ｃを測定する構成の装置を用いることができる。パラフィン系炭化水素ガスは、その熱量と密度が反比例関係にあるため、対象ガスの密度を取得することで熱量に換算できる。

　なお、密度換算熱量算出手段５５は例えば、対象ガスが流れる筒と、当該筒の両端に配置した音波発信源と受信源を備える音速測定手段（音速センサ）を有する構成であってもよい。対象ガスが流れている筒に向かって音波発信源から音を発し、副生ガス中を伝播して受信源に達するまでの時間を測定することで、測定ガス中を伝播する音の速度を正確に求めることができる。そして、音速測定手段によって測定された音速に基づき対象ガスの密度（＝比熱比×圧力／音速^２）を算出し、密度換算熱量Ｑ_Ｃを求めるものであってもよい。

　水素ガス濃度算出手段１５０は、差分算出手段１４１が算出した出力差ΔＩ，屈折率換算熱量算出手段３２が算出した屈折率換算熱量Ｑ_Ｂ，および密度換算熱量算出手段５５が算出した密度換算熱量Ｑ_Ｃと、以下の式１６により、対象ガス中の水素ガス濃度ｘＨ_２を算出する。式１６を以下「第３水素濃度算出式」と称する。

である。

　なお、定数ａ、ｂ、ｃは適宜に選択される値である。一例としてａ＝－２５～-２７、好適には、ａ＝－２６～-２６．５、より好適にはａ＝－２６．４などである。また、一例としてｂ＝０．８～１．０、好適にはｂ＝０．８５～０．９５、より好適には、ｂ＝０．９１６などである。また、一例としてｃ＝０．８～１．０、好適にはｃ＝０．８５～０．９５、より好適には、ｃ＝０．９１６などである。

　ここで式１６について説明する。式１４に示したように、対象ガス中の水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２は、基本的には、熱伝導率測定手段１３と差分算出手段１４１により算出される出力差ΔＩが取得できれば、算出可能である。しかしながら、対象ガスに窒素ガスと二酸化炭素ガスも含まれる場合、算出結果には誤差が生じる。そこで、窒素ガス濃度Ｘ_Ｎ２と二酸化炭素ガス濃度Ｘ_ＣＯ２が分かれば、これらの濃度に応じて適宜補正を行うことが可能となる。つまり、式１６．１（詳細は後述する）に示すように、式１４の右辺に、窒素ガス濃度Ｘ_Ｎ２と二酸化炭素ガス濃度Ｘ_ＣＯ２に応じた補正項を追加することが考えられる。一方で、実際に測定する対象ガスについては、その組成（窒素ガス濃度Ｘ_Ｎ２と二酸化炭素ガス濃度Ｘ_ＣＯ２）は不明である。

　ところで本願出願人は、対象ガスの屈折率から得られる屈折率換算熱量Ｑ_Ｂと、当該対象ガスの密度から得られる密度換算熱量Ｑ_Ｃとに基づいて、下記の式１７により、２．４０≦補正係数α≦３．１１の条件にて当該対象ガスの熱量Ｑを算出する独自の手法を開発している（この手法については、特許第５１８４９８３号に詳細に記載されている）。

である。

　また、本願出願人による考察の結果、天然ガスに窒素ガスと二酸化炭素ガスが含まれる場合、窒素ガス濃度Ｘ_Ｎ２と二酸化炭素ガス濃度Ｘ_ＣＯ２の合計値（実際の値）は、二酸化炭素ガス濃度Ｘ_ＣＯ２のみ、実際の値の１．５５倍にして合算した値と近似できること、またその近似した窒素ガス濃度Ｘ_Ｎ２と二酸化炭素ガス濃度Ｘ_ＣＯ２の合計値（合計近似濃度）と式１７に示す屈折率換算熱量Ｑ_Ｂおよび密度換算熱量Ｑ_Ｃには、式１８に示す関係があることが判明した（式１８の右辺が合計近似濃度である）。

である。

　すなわち、水素ガス濃度の算出において、窒素ガス濃度Ｘ_Ｎ２と二酸化炭素ガス濃度Ｘ_ＣＯ２に応じた誤差の補正項として、それぞれの濃度が不明であっても、合計近似濃度（Ｘ_Ｎ２＋１．５５Ｘ_ＣＯ２）が得られれば、上記の式１６．１により窒素ガスと二酸化炭素ガスの影響による誤差を補正して、水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２を算出できる。

　さらに、実際の窒素ガス濃度ｘ_Ｎ２と二酸化炭素ガス濃度Ｘ_ＣＯ２、またはこれらの合計近似濃度が不明であっても、両者の濃度の代用として屈折率換算熱量Ｑ_Ｂおよび密度換算熱量Ｑ_Ｃを用いることで、上記の式１６（第３水素濃度算出式）により窒素ガスと二酸化炭素ガスの影響による誤差を補正して、水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２を算出できる。

　ここで、第３水素濃度算出式も、熱伝導率計（例えば、熱伝導率測定手段１３）への印加電圧と規格化電流値Ｉの関係に基づき、水素ガス濃度を算出するものであり、上述の水素ガス濃度算出の第二の方法に含まれる。

　なお、上記の物性値は、パラフィン系炭化水素ガスの熱量と比例関係を有する音速であってもよい。すなわち図示は省略するが、水素ガス濃度測定装置７２は、密度換算熱量測定手段５５に代えて、音速換算熱量測定手段を有してもよい。音速換算熱量測定手段は、音速測定手段（例えば音速センサなど）を有し、その測定結果から、対象ガスの熱量（音速換算熱量）を算出する。この音速換算熱量は上記の密度換算熱量ＱＣと等価に扱うことができ、上記と同様の効果が得らえる。

　図２９は、第３水素濃度算出式（式１６）による演算結果（測定Ｈ_２濃度）と実際の水素ガス濃度（Ｈ_２濃度）の誤差を示すグラフである。水素ガスを含む組成が明らかな複数の基準ガスのそれぞれについて、図２８に示す水素ガス濃度算出装置７２の熱伝導測定手段１３に異なる２種類の電圧Ｖ１、Ｖ２を印加し、得られた規格化電流値Ｉ１、Ｉ２の出力差ΔＩを算出した。また、当該基準ガスの屈折率を測定して屈折率換算熱量Ｑ_Ｂを取得し、該基準ガスの密度を測定して密度換算熱量Ｑ_Ｃを取得して、第３水素濃度算出式（式１６）に基づき、水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２を求めた。その結果（測定Ｈ_２濃度[ｖｏｌ％]）を縦軸に、実際に混合した水素ガス濃度（Ｈ_２濃度[ｖｏｌ％]）を横軸にプロットした。基準ガスは、その組成も含め図２２に示すグラフで説明したものと同様であり、図２９（Ａ）が（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２）ガス、（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガスおよび（ＣＨ_４－Ｎ_２）ガスの場合であり、同図（Ｂ）が（ＣＨ_４－Ｈ_２－ＣＯ_２）ガス、（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガスおよび（ＣＨ_４－ＣＯ_２）ガス）の場合であり、同図（Ｃ）が（ＣＨ_４－Ｃ_２Ｈ_６－Ｈ_２）ガス、（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガスおよび（ＣＨ_４－Ｃ_２Ｈ_６）ガス）の場合であり、同図（Ｄ）が（ＣＨ_４－Ｈ_２）ガスおよび（ＣＨ_４－Ｈ_２－Ｎ_２－ＣＯ_２）ガスの場合である。

　これらの結果からも明らかなように、図２８に示す水素ガス濃度測定装置７２（式１６）によれば、測定（算出）される水素ガス濃度（測定Ｈ_２濃度）と実際の水素ガス濃度（Ｈ_２濃度）の誤差を略±１ｖｏｌ％に収めることができる。また、この誤差は、水素ガス濃度測定装置７０（式１０Ａ）の誤差よりも小さく（ばらつきがなく）、特に窒素ガス(と水素ガス)のみの場合（図２９（Ａ））では、実測値とほぼ一致する結果となった。

　次に、現実的な天然ガスの組成に近い混合ガスを複数用意し、これらに濃度が明らかな水素ガスを混合した基準ガスについて、図２０に示す水素ガス濃度測定装置７０（第１水素濃度算出式（式１０Ａ）を用いる方法）および、図２８に示す水素ガス濃度測定装置７２（第３水素濃度算出式（式１６）を用いる方法）により水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２を測定した。図３０は用意した８種類の混合ガス（ガスＮｏ．１～Ｎｏ．８）の組成、および熱量をまとめた表である。また、これら８種類の混合ガスに、０、５、１０、１５、２０、２５、３０［ｖｏｌ％］の水素ガスをそれぞれ混合し、測定対象の基準ガスとした。

　図３１は、図２０に示す水素ガス濃度測定装置７０（第１水素濃度算出式（式１０Ａ）を用いる方法）の測定結果であり、同図（Ａ）は、測定（算出）される水素ガス濃度（測定Ｈ_２濃度）を縦軸に、実際の水素ガス濃度（Ｈ_２濃度）を横軸にプロットし、両者の誤差を比較するグラフである。また、同図（Ｂ）は、同図（Ａ）の誤差の値を縦軸に、実際の水素ガス濃度（Ｈ_２濃度）を横軸にプロットし、水素ガス濃度による誤差の値のバラつきを明示するグラフである。なお、横軸の水素ガス濃度は、実質的に混合された水素ガス濃度を光干渉計で測定した結果を横軸にプロットしており、混合を予定した値（０、５、１０、１５、２０、２５、３０［ｖｏｌ％］）から僅かなずれが生じている。

　ガスＮｏ．１（に水素ガスを混合したガス、以下同様）を〇印、ガスＮｏ．２を△印、ガスＮｏ．３を□印、ガスＮｏ．４を◇印、ガスＮｏ．５を●印、ガスＮｏ．６を▲印、ガスＮｏ．７を■印、ガスＮｏ．８を◆印、で示した。

　この結果、図２０に示す水素ガス濃度測定装置７０（第１水素濃度算出式（式１０Ａ）を用いる方法）では、実際の水素ガス濃度（Ｈ_２濃度）に対する測定誤差を、いずれの水素ガス濃度であっても±２ｖｏｌ％以内に収めることができ、精度の高い測定が可能であることが明らかとなった。

　図３２は、図２８に示す水素ガス濃度測定装置７２（第３水素濃度算出式（式１６）を用いる方法）の測定結果であり、同図（Ａ）が図３１（Ａ）に対応するグラフであり、同図（Ｂ）が図３１（Ｂ）に対応するグラフである。

　この結果、図２８に示す水素ガス濃度測定装置７０（第３水素濃度算出式（式１６）を用いる方法）では、実際の水素ガス濃度（Ｈ_２濃度）に対する測定誤差を、いずれの水素ガス濃度であっても±１ｖｏｌ％以内に収めることができ、さらに精度の高い測定が可能であることが明らかとなった。

　以上説明したように、本実施形態に係る水素ガス濃度測定装置７０、７２は、少なくとも水素ガスを含む対象ガス（特にパラフィン系炭化水素ガスに、窒素ガスおよび／または二酸化炭素ガスを少なくとも含むガス）の少なくとも熱的出力（例えば、熱伝導率）に基づき、当該対象ガス中に含まれる水素ガス濃度を算出する装置である。また、本実施形態に係る水素ガス濃度測定方法は、少なくとも水素ガスを含む対象ガス（特にパラフィン系炭化水素ガスに、窒素ガスおよび／または二酸化炭素ガスを少なくとも含むガス）の少なくとも熱的出力（例えば、熱伝導率）に基づき、当該対象ガス中に含まれる水素ガス濃度を算出する方法である。

　一例として、水素ガス濃度測定装置７０は、熱伝導率測定手段１３と、水素ガス濃度算出手段１４６を含み、水素ガス濃度算出手段１４６は、第１水素濃度算出式（式１０Ａ）または、第２水素濃度算出式（式１０Ｂ）を有するものである。

　また、第１水素濃度算出式（式１０Ａ）および、第２水素濃度算出式（式１０Ｂ）はいずれも、熱伝導率測定手段１３の規格化出力（規格化電流値Ｉ）の電圧による２階微分値を用いる算出式である。

　また、水素ガス濃度測定方法は、異なる２以上の電圧を印加した場合の対象ガスの熱的出力（熱伝導率）を測定し規格化電流値を取得するステップと、規格化電流値Ｉの電圧による２階微分の値に基づいて対象ガス中の水素ガス濃度を算出するステップとを有する方法である。

　また、当該２階微分の値に基づく水素ガス濃度の算出は、第１水素ガス濃度算出式（式１０Ａ）または第２水素ガス濃度算出式（式１０Ｂ）により行う方法である。

　また、他の例として、水素ガス濃度測定装置７２は、熱伝導率測定手段１３と、差分算出手段１４１と、屈折率換算熱力測定手段３２と、密度換算熱力測定手段５５と、水素ガス濃度算出手段１５０を有し、水素ガス濃度算出手段１５０は、第３水素濃度算出式（式１６）を有するものである。

　また、水素ガス濃度測定方法は、異なる２つの電圧を印加した場合の対象ガスの熱的出力（熱伝導率）を測定し、２つの電圧に対応する規格化電流値の差分（出力差ΔＩ）を算出するステップと、出力差ΔＩと、屈折率換算熱量Ｑ_Ｂおよび密度換算熱量Ｑ_Ｃに基づき、第３水素ガス濃度算出式（式１６）により対象ガスの水素ガス濃度を算出するステップとを有する方法である。

　また、本実施形態は、上記の水素ガス濃度測定方法の各ステップをコンピュータに実行させることが可能なプログラムとして構成されてもよい。

　なお、熱的出力は、熱伝導率以外の熱的な出力であってもよい。また、対象ガスの密度に代えて対象ガスの音速を用いてもよい。

　近年、然ガスのパイプラインに水素ガスを添加する場合があり、添加した水素ガス量を簡易な構成で確認したいという要望がある。また、例えば、天然ガスの圧縮係数を求めるような場合などにおいて、例えば演算の補正を目的として天然ガス中の水素ガス濃度のみを分離して検出するような要望もある。

　図２０に示す水素ガス濃度算出装置７０（第１水素ガス濃度算出式（式１０Ａ）を用いる水素ガス濃度算出方法）によれば、対象ガスの熱的出力（例えば、熱伝導率）を測定することにより対象ガス中の窒素ガスおよび二酸化炭素ガスによる誤差を低減して（これらの影響を極力排除して）対象ガス中の水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２を算出可能である。対象ガスの測定手段は、一般的な熱伝導率測定手段１３のみで構成できるため、シンプルかつ安価でありながら、高精度の水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２の測定（算出）が可能となる。

　また、図２８に示す水素ガス濃度算出装置７２（第３水素ガス濃度算出式（式１６）による水素ガス濃度算出方法）によれば、対象ガスの熱的出力（例えば、熱伝導率）に加え、対象ガスの物性値、具体的には屈折率と密度(または音速)を測定することにより、対象ガス中の窒素ガスおよび二酸化炭素ガスによる誤差をより低減して（これらの影響をほぼ排除して）対象ガス中の水素ガス濃度Ｘ_Ｈ２を算出可能である。対象ガスの測定手段は、一般的な熱伝導率測定手段１３に加えて屈折率および密度（または音速）の測定手段が必要となるものの、いずれも一般的な光干渉計や音速センサなどで構成でき、窒素ガスおよび二酸化炭素ガスによる誤差を、図２０に示す水素ガス濃度測定装置７０よりもさらに低減することができる。また、対象ガスの組成（特に窒素ガス濃度Ｘ_Ｎ２や二酸化炭素ガス濃度Ｘ_ＣＯ２）が不明であっても（これらの濃度を測定することなく）、対象ガスそのものの測定のみで当該対象ガス中の水素ガス濃度を高精度に測定（算出）できる。

　なお、本実施形態の各式における定数および／または係数は、それぞれの式内において有効なものとし、異なる式の間で定数および／または係数として重複する表記があってもそれらが同じ値を示すものではない。

　また、明細書および図面において、Ｘ_Ｎ２、ｘ_Ｎ２、ｘＮ_２はいずれも窒素ガス濃度を示し、Ｘ_ＣＯ２、ｘ_ＣＯ２、ｘＣＯ_２はいずれも二酸化炭素濃度を示し、Ｘ_Ｈ２、ｘ_Ｈ２、ｘＨ_２はいずれも水素ガス濃度を示すものとする。

　なお上記実施形態では、例えば、対象ガスとして天然ガスやバイオガスを例示したがこれに限らず、対象ガスは、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、石炭ガス化（固体の石炭を気体の燃料ガスに変えたもの）、ナフサガス化（ナフサを気体の燃料ガスに変えたもの）等であっても同様に適用可能である。

　本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１０　　熱量測定装置
１１　　ガスパイプライン
１２　　熱伝導率換算熱量測定手段
１３　　熱伝導率測定手段
１４　　補正手段
１５　　換算熱量算出手段
１８　　出力手段
３０　　熱量測定装置
３１　　熱伝導率換算熱量測定手段
３２　　屈折率換算熱量測定手段
３３　　熱量算出手段
３５　　熱量測定装置
７０、７１、７２　　水素ガス濃度測定装置
１４６、１４９、１５０第３ガス濃度算出手段
１４７　　追加補正出力値算出手段
５０　　防爆性容器
１４１　　差分算出手段
１４２　　補正出力値算出手段
Ａ　　熱伝導率換算熱量
Ｑ_Ｂ　　屈折率換算熱量
Ｑ　　熱量
ＣＦ　　補正係数

Claims

　対象ガスの熱量を測定する熱量測定装置であって、
　前記対象ガスの熱伝導率から得られる熱量を測定可能な熱伝導率換算熱量測定手段を備え、
　前記対象ガスは、第１のガスを主成分とし、測定誤差成分となる第２のガスが含有されたものであり、
　前記熱伝導率換算熱量測定手段は、基準となる複数の前記第１のガスについて予め取得される熱伝導率測定手段で測定した出力と実際の熱量の相関とを示す関係式に基づき、測定した前記対象ガスの出力に対して前記第２のガスによる誤差分を補正して該対象ガスの熱量を算出する、
ことを特徴とする熱量測定装置。
　前記熱伝導率換算熱量測定手段は、
　補正手段と、
　換算熱量算出手段と、を有し、
　前記補正手段は、
　前記対象ガスについて、前記熱伝導率測定手段に異なる電圧を印加して測定した第１の出力と第２の出力の差分を演算する差分算出手段と、
　前記差分に基づき、前記対象ガスの補正出力値を算出する補正出力値算出手段を有し、
　前記換算熱量算出手段は、
　前記補正出力値と前記関係式に基づき、前記対象ガスの熱量を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱量測定装置。
　前記補正手段は、前記第２のガスの種類ごとに前記差分に基づいて設定される補正式により前記補正出力値を算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の熱量測定装置。
　前記第１のガスは、パラフィン系炭化水素ガスであり、
　前記第２のガスは、水素ガス、二酸化炭素ガスおよび窒素ガスのうちいずれか一つである、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の熱量測定装置。
　ガスの熱量を算出するための熱量算出方法であって、
　対象ガスは、第１のガスを主成分とし、測定誤差成分となる第２のガスが含有されたものであり、
　複数の基準ガスにおける前記第１のガスについて予め取得される熱伝導率の測定値と実際の熱量の相関とを示す関係式に基づき、測定した前記対象ガスの出力に対して前記第２のガスによる誤差を補正して該対象ガスの熱量を算出する、
ことを特徴とする熱量算出方法。
　熱伝導率測定手段に第１の電圧を印加して前記対象ガスを測定し、第１の出力を取得するステップと、
　前記熱伝導率測定手段に第２の電圧を印加して前記対象ガスを測定し、第２の出力を取得するステップと、
　前記第１の出力と前記第２の出力の差分に基づき、前記対象ガスの補正出力値を取得するステップと、
　前記補正出力値と前記関係式に基づき、前記対象ガスの熱量を算出するステップと、
を有することを特徴とする請求項５に記載の熱量算出方法。
　前記補正出力値は、前記第２のガスの種類ごとに前記差分に基づいて設定される補正式により算出する、
ことを特徴とする請求項６に記載の熱量算出方法。
　前記第１のガスは、パラフィン系炭化水素ガスであり、
　前記第２のガスは、水素ガス、窒素ガスおよび二酸化炭素ガスのうちいずれか一つである、
ことを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載の熱量算出方法。
　対象ガスの熱量を測定する熱量測定装置であって、
　前記対象ガスの熱伝導率から得られる熱伝導率換算熱量を測定可能な熱伝導率換算熱量測定手段と、
　前記対象ガスの屈折率から得られる屈折率換算熱量を測定可能な屈折率換算熱量測定手段と、
　熱量算出手段と、を備え、
　前記対象ガスは、第１のガスを主成分とし、測定誤差成分となる第３のガスおよび第４のガスが含有されたものであり、
　前記熱伝導率換算熱量測定手段は、複数の前記第１のガスについて熱伝導率測定手段で測定した出力と実際の熱量の相関とを示す関係式に基づき、前記第３のガスによる誤差を補正して前記熱伝導率換算熱量を算出可能に構成され、
　前記熱量算出手段は、前記熱伝導率換算熱量と、前記屈折率換算熱量と、前記第４のガスによる誤差を補正する係数により前記対象ガスの熱量を算出する、
ことを特徴とする熱量測定装置。
　前記熱伝導率換算熱量測定手段は、
　補正手段と、
　換算熱量算出手段と、を有し、
　前記補正手段は、
　前記第１のガスについて、前記熱伝導率測定手段に異なる電圧を印加して測定した第１の出力と第２の出力の差分を演算する差分算出手段と、
　前記差分に基づき、前記第１のガスの補正出力値を算出する補正出力値算出手段を有し、
　前記熱伝導率換算熱量測定手段は、
　前記補正出力値と前記関係式に基づき、前記熱伝導率換算熱量を算出する、
ことを特徴とする請求項９に記載の熱量測定装置。
　前記対象ガスの熱伝導率に基づき前記対象ガス中の前記第３のガスの濃度（以下、「第３のガス濃度」という。）を取得する第３ガス濃度算出手段と、
　前記第３のガス濃度に基づく追加補正量にて前記補正出力値をさらに補正し追加補正出力値を取得する追加補正出力値算出手段と、を有し、
　前記熱伝導率換算熱量測定手段は、前記追加補正出力値と前記関係式に基づき、前記熱伝導率換算熱量を算出する、
を有することを特徴とする請求項１０に記載の熱量測定装置。
　前記追加補正出力値算出手段は、前記第３のガス濃度に応じて、前記対象ガス中の前記第４のガスの濃度（以下、「第４のガス濃度」という。）を算出し、前記第３のガス濃度と前記第４のガス濃度に基づいて前記追加補正量を算出する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の熱量測定装置。
　前記第１のガスは、パラフィン系炭化水素ガスであり、
　前記第３のガスは、水素ガスであり、
　前記第４のガスは、窒素ガスまたは二酸化炭素ガスの少なくともいずれかである、
ことを特徴とする請求項９乃至請求項１２のいずれか一項に記載の熱量測定装置。
　対象ガスの熱量を算出するための熱量算出方法であって、
　前記対象ガスは、第１のガスを主成分とし、測定誤差成分となる第３のガスおよび第４のガスが含有されたものであり、
　複数の前記第１のガスについて熱伝導率の測定値と実際の熱量の相関とを示す関係式に基づき、前記第３のガスによる誤差を補正して前記対象ガスの熱伝導率から得られる熱量（以下、「熱伝導率換算熱量」という。）を算出するステップと、
　前記対象ガスについて屈折率から得られる熱量（以下、「屈折率換算熱量」という。）を取得するステップと、
　前記熱伝導率換算熱量と、前記屈折率換算熱量と、前記第４のガスによる誤差を補正する係数により前記対象ガスの熱量を算出するステップと、
を具備することを特徴とする熱量算出方法。
　熱伝導率測定手段に第１の電圧を印加して前記対象ガスを測定し、第１の出力を取得するステップと、
　前記熱伝導率測定手段に第２の電圧を印加して前記対象ガスを測定し、第２の出力を取得するステップと、
　前記第１の出力と前記第２の出力の差分に基づき、前記対象ガスの補正出力値を取得するステップと、
　前記補正出力値と前記関係式に基づき、前記熱伝導率換算熱量を算出するステップと、
を有することを特徴とする請求項１４に記載の熱量算出方法。
　前記対象ガスの熱伝導率に基づき前記対象ガス中の前記第３のガスの濃度（以下、「第３のガス濃度」という。）を取得するステップと、
　前記第３のガス濃度に基づく追加補正量にて前記補正出力値をさらに補正し追加補正出力値を取得するステップと、
　前記追加補正出力値と前記関係式に基づき、前記熱伝導率換算熱量を算出するステップと、
を有することを特徴とする請求項１５に記載の熱量算出方法。
　前記第３のガス濃度に応じて、前記対象ガス中の前記第４のガスの濃度（以下、「第４のガス濃度」という。）を算出し、
　前記第３のガス濃度と前記第４のガス濃度に基づいて前記追加補正量を算出する、
ことを特徴とする請求項１６に記載の熱量算出方法。
　前記第１のガスは、パラフィン系炭化水素ガスであり、
　前記第３のガスは、水素ガスであり、
　前記第４のガスは、二酸化炭素ガスまたは窒素ガスである、
ことを特徴とする請求項１４乃至請求項１７のいずれか一項に記載の熱量算出方法。
　請求項５乃至請求項８、請求項１４乃至請求項１８のいずれか一項に記載の熱量算出方法をコンピュータに実行させるプログラム。