JP3136553B2 - 熱量計 - Google Patents
熱量計Info
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Description
する都市ガスなどの発熱量を測定する熱量計に関する。
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。
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。
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。
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。
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
状態で測定対象の複数の低級炭化水素からなるガスを流
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、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。
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。
熱伝導率測定により、ガスの発熱量が求まる。
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。
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TRh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。
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TRhが一定に保たれる。TCD1の発熱
温度TRh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TRhも一
定に保たれる。
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。
T は、下記(2)式で示される。なお、(2)式におい
て、QG 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、QR は輻射により伝わる熱量である。
らに、下記(3)式として表現される。なお、この式に
おいて、TRR2 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)、λsiはダイヤフラムおよび抵抗パターンの熱伝
導率(w/k・m)、GS 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。
ス組成によって変化せず、QC ,QR はQG ,QS に比
べて十分小さな値(または一定値)であり、λsiも一定
と考えられる。また、TRh,TRR2 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ば、熱伝導率を測定することで、測定対象の炭化水素か
らなるガスの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。
を示す構成図である。
との関係を示す相関図である。
3…比較器、4…熱伝導率算出部、5…熱量算出部、6
…恒温槽。
Claims (3)
- 【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複数の低級炭化水素
からなる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、 前記関係が一次式で近似されている 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3】 請求項1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。
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- 1994-09-05 JP JP06211026A patent/JP3136553B2/ja not_active Expired - Fee Related
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