JP7650211B2

JP7650211B2 - Calorimeter

Info

Publication number: JP7650211B2
Application number: JP2021136347A
Authority: JP
Inventors: 尚史小澤; 博憲波多野; 良春名川; 孝弥井関; 辰志南; 雅雄河越; 雄亮角田
Original assignee: Yazaki Energy System Corp; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Yazaki Energy System Corp; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2021-08-24
Filing date: 2021-08-24
Publication date: 2025-03-24
Anticipated expiration: 2041-08-24
Also published as: JP2023030921A

Description

本発明は、熱量計に関する。 The present invention relates to a calorimeter.

燃料ガスの熱量測定に用いられる熱量計として、燃料ガスの通路内に熱電対と触媒とを設け、通路内を通過する燃料ガスの触媒燃焼による発熱量を熱電対で測定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の熱量計では、ガラス管内の燃焼室に粒径が３００オングストロームの粉末状のパラジウム及びアルミナが触媒として充填され、この燃焼室の上流側と下流側とにガラスウールが充填されている。 A known calorimeter used to measure the calorific value of fuel gas is one in which a thermocouple and a catalyst are provided in a fuel gas passage, and the amount of heat generated by catalytic combustion of the fuel gas passing through the passage is measured with the thermocouple (see, for example, Patent Document 1). In the calorimeter described in Patent Document 1, the combustion chamber in the glass tube is filled with powdered palladium and alumina with a particle size of 300 angstroms as catalysts, and the upstream and downstream sides of the combustion chamber are filled with glass wool.

特開昭６０－４４８５５号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-44855

粉末状の触媒は、熱電対の測温接点に対して接触は良いが、次の理由から実用上困難という課題がある。（１）圧損のため流量を上げられない。（２）振動等による触媒の動きにより充填状態が変化する。（３）粉末状の触媒が後段に流出してしまう。（４）圧損の抑制のために粉末状の触媒をガラス管内に密に詰め込まない場合には、未燃ガスが触媒を通過し易くなり、排ガス中の未燃ガス濃度が高くなる。 Powdered catalysts have good contact with the thermocouple temperature measuring junctions, but they are difficult to use in practice for the following reasons: (1) The flow rate cannot be increased due to pressure loss. (2) The filling state changes due to catalyst movement caused by vibrations, etc. (3) The powdered catalyst flows out to the subsequent stage. (4) If the powdered catalyst is not packed tightly inside the glass tube to suppress pressure loss, unburned gases will easily pass through the catalyst, increasing the concentration of unburned gases in the exhaust gas.

そこで、触媒を粉末状から顆粒状にすることが考えられるが、顆粒状の触媒では、熱電対の測温接点との接触が悪くなるという課題がある。 One solution would be to change the catalyst from powder to granular, but a granular catalyst would have the problem of poor contact with the thermocouple's temperature measuring junction.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料ガスの熱量測定の精度を向上させると共に排ガス中の未燃ガス濃度を低下させることができる熱量計を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide a calorimeter that can improve the accuracy of fuel gas calorific value measurement and reduce the concentration of unburned gas in exhaust gas.

本発明に係る熱量計は、測定対象の燃料ガスが流入する管材と、前記管材に挿入され測温接点を備える測温体と、前記管材の内側に充填された顆粒状触媒と、前記測温体における前記測温接点の周囲に形成された触媒層と、前記顆粒状触媒と前記触媒層とを加熱する加熱部とを備える。 The calorimeter according to the present invention comprises a pipe material into which the fuel gas to be measured flows, a temperature measuring body inserted into the pipe material and having a temperature measuring contact point, a granular catalyst filled inside the pipe material, a catalyst layer formed around the temperature measuring contact point in the temperature measuring body, and a heating unit that heats the granular catalyst and the catalyst layer.

本発明の熱量計によれば、測温体における測温接点の周囲に触媒層が形成されているので、測温接点の周囲において燃料ガスの燃焼反応が生じ、さらに管内に顆粒状触媒が充填されているので、測温体で測定される温度上昇幅が大きくなる。これにより、測温体で測定される温度上昇幅から算出される燃料ガスの燃焼時の発熱量が大きくなる。これにより、燃料ガスの燃焼時の発熱量の分解能および測定精度を向上させることができる。また、管内に充填された顆粒状触媒により、圧損を抑えつつ未燃ガスの触媒間の通過を抑えることができるので、排ガス中の未燃ガス濃度を低下させることができる。 According to the calorimeter of the present invention, a catalyst layer is formed around the temperature measuring contact in the temperature measuring element, so that a combustion reaction of the fuel gas occurs around the temperature measuring contact, and furthermore, because the tube is filled with a granular catalyst, the temperature rise measured by the temperature measuring element becomes large. As a result, the amount of heat generated during combustion of the fuel gas calculated from the temperature rise measured by the temperature measuring element becomes large. This makes it possible to improve the resolution and measurement accuracy of the amount of heat generated during combustion of the fuel gas. In addition, the granular catalyst filled in the tube makes it possible to suppress the passage of unburned gas between the catalysts while suppressing pressure loss, thereby reducing the concentration of unburned gas in the exhaust gas.

図１は、本発明の一実施形態に係る熱量計を備える測定システムの概略を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a measurement system including a calorimeter according to an embodiment of the present invention. 図２は、図１に示す熱量計の構成を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the calorimeter shown in FIG. 図３は、図２に示す熱量計の燃焼機能部を拡大して示す断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the combustion function portion of the calorimeter shown in FIG. 図４は、図３に示す燃焼機能部のストッパー部材を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing the stopper member of the combustion function portion shown in FIG. 図５は、第１比較例の実験結果を示すグラフ及び表である。FIG. 5 is a graph and a table showing the experimental results of the first comparative example. 図６は、第２比較例の実験結果を示すグラフ及び表である。FIG. 6 is a graph and a table showing the experimental results of the second comparative example. 図７は、第１実施例の実験結果を示すグラフ及び表である。FIG. 7 is a graph and a table showing the experimental results of the first embodiment. 図８は、第２実施例の実験結果を示すグラフ及び表である。FIG. 8 is a graph and a table showing the experimental results of the second embodiment. 図９は、第３実施例の実験結果を示すグラフ及び表である。FIG. 9 is a graph and a table showing the experimental results of the third embodiment.

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用される。 The present invention will be described below in accordance with a preferred embodiment. Note that the present invention is not limited to the embodiment described below, and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention. In addition, in the embodiment described below, some configurations are omitted from illustration and description, but for the details of the omitted technologies, publicly known or well-known technologies are applied as appropriate within the scope of not causing any contradiction with the contents described below.

図１は、本発明の一実施形態に係る熱量計２０を備える測定システム１の概略を示すブロック図である。この図に示すように、測定システム１は、ガス混合装置１０と、熱量計２０とを備える。ガス混合装置１０は、可燃ガスと空気とを混合することにより混合ガスを燃料ガスとして熱量計２０に供給する。熱量計２０は、ガス混合装置１０から供給された燃料ガスを燃焼させて発熱量を測定する。 Figure 1 is a block diagram showing an outline of a measurement system 1 including a calorimeter 20 according to one embodiment of the present invention. As shown in this figure, the measurement system 1 includes a gas mixing device 10 and a calorimeter 20. The gas mixing device 10 mixes a combustible gas with air and supplies the mixed gas as a fuel gas to the calorimeter 20. The calorimeter 20 combusts the fuel gas supplied from the gas mixing device 10 to measure the calorific value.

ガス混合装置１０は、第１配管１１と、第２配管１２と、第３配管１３と、第１流量計１４Ａと、第２流量計１４Ｂと、第１バルブ１５Ａと、第２バルブ１５Ｂと、混合器１６と、第１レギュレーターＲ１と、第２レギュレーターＲ２とを備える。 The gas mixing device 10 includes a first pipe 11, a second pipe 12, a third pipe 13, a first flow meter 14A, a second flow meter 14B, a first valve 15A, a second valve 15B, a mixer 16, a first regulator R1, and a second regulator R2.

第１配管１１は、第１レギュレーターＲ１と混合器１６とを接続し、第１レギュレーターＲ１を通して供給される可燃ガスを混合器１６まで導く。第１流量計１４Ａは、第１配管１１に設けられ、第１配管１１を流れる可燃ガスの流量を測定する。第１バルブ１５Ａは、第１配管１１における第１流量計１４Ａより下流側に設けられ、混合器１６に供給される可燃ガスの流量を調整するニードルバルブ等の流量調整バルブである。 The first pipe 11 connects the first regulator R1 and the mixer 16, and guides the combustible gas supplied through the first regulator R1 to the mixer 16. The first flowmeter 14A is provided in the first pipe 11 and measures the flow rate of the combustible gas flowing through the first pipe 11. The first valve 15A is provided downstream of the first flowmeter 14A in the first pipe 11, and is a flow rate adjustment valve such as a needle valve that adjusts the flow rate of the combustible gas supplied to the mixer 16.

第２配管１２は、第２レギュレーターＲ２と混合器１６とを接続し、第２レギュレーターＲ２を通して供給される空気を混合器１６まで導く。第２流量計１４Ｂは、第２配管１２に設けられ、第２配管１２を流れる空気の流量を測定する。第２バルブ１５Ｂは、第２配管１２における第２流量計１４Ｂより下流側に設けられ、混合器１６に供給される空気の流量を調整するニードルバルブ等の流量調整バルブである。 The second pipe 12 connects the second regulator R2 and the mixer 16, and guides the air supplied through the second regulator R2 to the mixer 16. The second flow meter 14B is provided in the second pipe 12 and measures the flow rate of the air flowing through the second pipe 12. The second valve 15B is provided downstream of the second flow meter 14B in the second pipe 12, and is a flow rate adjustment valve such as a needle valve that adjusts the flow rate of the air supplied to the mixer 16.

混合器１６は、第１配管１１から供給された可燃ガスと第２配管１２から供給された空気とを混合する。この混合器１６には、第３配管１３が接続されている。この第３配管１３は、混合器１６において混合された混合ガスを燃料ガスとして熱量計２０に供給する。 The mixer 16 mixes the combustible gas supplied from the first pipe 11 with the air supplied from the second pipe 12. The mixer 16 is connected to the third pipe 13. The third pipe 13 supplies the mixed gas mixed in the mixer 16 to the calorimeter 20 as fuel gas.

熱量計２０は、燃焼機能部２１と、定電圧源（電圧源）２２と、データロガー２３と、演算装置２４とを備える。燃焼機能部２１には、第３配管１３から燃料ガスが供給される。定電圧源２２は、燃焼機能部２１に電力を供給する。燃焼機能部２１は、定電圧源２２から供給される電力により駆動され、第３配管１３から供給された燃料ガスを燃焼させる。 The calorimeter 20 includes a combustion function unit 21, a constant voltage source (voltage source) 22, a data logger 23, and a calculation device 24. Fuel gas is supplied to the combustion function unit 21 from the third pipe 13. The constant voltage source 22 supplies power to the combustion function unit 21. The combustion function unit 21 is driven by the power supplied from the constant voltage source 22, and combusts the fuel gas supplied from the third pipe 13.

図２は、図１に示す熱量計２０の構成を模式的に示す断面図である。この図に示すように、燃焼機能部２１は、管材２１１と、シース熱電対２１２と、ヒーター２１３と、顆粒状触媒２１４と、ストッパー部材２１５とを備える。管材２１１は、燃料ガスの燃焼時の温度に対する耐熱性と、燃焼時の燃料ガスの管材２１１外への放熱を抑える低い伝熱性とを有する管材である。本実施形態の管材２１１は、内径が４ｍｍの円筒状のセラミックチューブである。なお、管材２１１の内径は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。また、管材２１１はステンレスチューブでもよい。 Figure 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the calorimeter 20 shown in Figure 1. As shown in this figure, the combustion function section 21 includes a tube material 211, a sheathed thermocouple 212, a heater 213, a granular catalyst 214, and a stopper member 215. The tube material 211 is a tube material that has heat resistance against the temperature during combustion of the fuel gas and low heat conductivity that suppresses heat radiation of the fuel gas to the outside of the tube material 211 during combustion. The tube material 211 in this embodiment is a cylindrical ceramic tube with an inner diameter of 4 mm. The inner diameter of the tube material 211 is preferably 2 mm or more and 10 mm or less. The tube material 211 may also be a stainless steel tube.

管材２１１は縦向きに配されており、管材２１１の上端に第３配管１３が接続されている。管材２１１の下端の近傍には、排気孔２１１Ａが形成されている。 The pipe 211 is arranged vertically, and the third pipe 13 is connected to the upper end of the pipe 211. An exhaust hole 211A is formed near the lower end of the pipe 211.

シース熱電対２１２は、熱電対素線２１２Ａと、シース２１２Ｂと、スリーブ２１２Ｃと、アダプター２１２Ｄと、ケーブル２１２Ｅとを備え、ゼーベック効果を利用して温度を測定する。熱電対素線２１２Ａは、一端（上端）に測温接点Ｐが設けられている。シース２１２Ｂは、直線性の高い形状を維持する硬質で細い管材であり、熱電対素線２１２Ａを被覆している。本実施形態のシース２１２Ｂは、外径が０．５ｍｍの金属製の管材である。シース２１２Ｂ内には絶縁物が充填されている。本実施形態のシース熱電対２１２は、非接地型である。なお、シース熱電対２１２を接地型や露出型に変えてもよい。 The sheathed thermocouple 212 includes a thermocouple wire 212A, a sheath 212B, a sleeve 212C, an adapter 212D, and a cable 212E, and uses the Seebeck effect to measure temperature. The thermocouple wire 212A has a temperature measuring junction P at one end (upper end). The sheath 212B is a hard, thin tube that maintains a highly linear shape, and covers the thermocouple wire 212A. The sheath 212B in this embodiment is a metal tube with an outer diameter of 0.5 mm. The sheath 212B is filled with an insulating material. The sheathed thermocouple 212 in this embodiment is an ungrounded type. The sheathed thermocouple 212 may be changed to a grounded type or an exposed type.

スリーブ２１２Ｃは、直線性の高い形状を維持する硬質で細い管材であり、熱電対素線２１２Ａの他端側を被覆している。このスリーブ２１２Ｃの一端とシース２１２Ｂの他端とが銀ろう付け等により接合されている。本実施形態のスリーブ２１２Ｃは、外径が６ｍｍで金属製である。 The sleeve 212C is a hard, thin tube that maintains a highly linear shape and covers the other end of the thermocouple wire 212A. One end of the sleeve 212C and the other end of the sheath 212B are joined by silver brazing or the like. The sleeve 212C in this embodiment has an outer diameter of 6 mm and is made of metal.

アダプター２１２Ｄは、円筒状の管材取付部２１２Ｚと、ナット形状の張出部２１２Ｙとを備える。管材取付部２１２Ｚと張出部２１２Ｙとは、一体で形成され同軸的に配されている。張出部２１２Ｙは、管材取付部２１２Ｚの外面から径方向外側に張り出す部位である。管材取付部２１２Ｚと張出部２１２Ｙとには、スリーブ２１２Ｃが挿通されている。管材取付部２１２Ｚは、管材２１１の下端から管材２１１内に挿入されている。張出部２１２Ｙとスリーブ２１２Ｃとは、溶接等により接合されている。また、張出部２１２Ｙと管材２１１の下端とは、接着等により接合されている。なお、張出部２１２Ｙが、ナット形状であることは必須ではない。また、張出部２１２Ｙと管材２１１の下端とを接着等で接合することによりアダプター２１２Ｄと管材２１１の下端とを接合することは必須ではなく、管材取付部２１２Ｚと管材２１１の下端とを相互に螺合させることによりアダプター２１２Ｄと管材２１１の下端とを接合してもよい。 The adapter 212D includes a cylindrical pipe mounting portion 212Z and a nut-shaped protruding portion 212Y. The pipe mounting portion 212Z and the protruding portion 212Y are integrally formed and arranged coaxially. The protruding portion 212Y is a portion that protrudes radially outward from the outer surface of the pipe mounting portion 212Z. A sleeve 212C is inserted between the pipe mounting portion 212Z and the protruding portion 212Y. The pipe mounting portion 212Z is inserted into the pipe 211 from the lower end of the pipe 211. The protruding portion 212Y and the sleeve 212C are joined by welding or the like. The protruding portion 212Y and the lower end of the pipe 211 are joined by adhesive or the like. It is not essential that the protruding portion 212Y is nut-shaped. In addition, it is not essential to join the adapter 212D to the lower end of the pipe 211 by bonding the overhanging portion 212Y to the lower end of the pipe 211 with adhesive or the like, and the adapter 212D may be joined to the lower end of the pipe 211 by screwing the pipe attachment portion 212Z to the lower end of the pipe 211 together.

ここで、管材２１１の下端は、アダプター２１２Ｄにより閉塞されている。他方で、管材２１１に形成された排気孔２１１Ａは、管材取付部２１２Ｚの上端よりも上側に配されている。これによって、管材２１１内を下向きに流れた燃料ガスは、排気孔２１１Ａを通して管材２１１外へ流出する。ここで、管材２１１内での燃料ガスの燃焼が促進され未燃ガスの管材２１１からの排出量が少なくなり排ガス中の未燃ガス濃度が低下されることが望ましい。 Here, the lower end of the pipe 211 is closed by an adapter 212D. On the other hand, the exhaust hole 211A formed in the pipe 211 is arranged above the upper end of the pipe mounting portion 212Z. As a result, the fuel gas that flows downward inside the pipe 211 flows out of the pipe 211 through the exhaust hole 211A. Here, it is desirable that the combustion of the fuel gas inside the pipe 211 is promoted, the amount of unburned gas discharged from the pipe 211 is reduced, and the concentration of unburned gas in the exhaust gas is reduced.

ケーブル２１２Ｅは、柔軟性のある補償導線であり、このケーブル２１２Ｅの一端が熱電対素線２１２Ａの他端（下端）に接続されている。このケーブル２１２Ｅの他端には不図示の圧着端子が取り付けられており、この圧着端子がデータロガー２３に取り付けられている。ケーブル２１２Ｅの一部は、スリーブ２１２Ｃに挿入されている。 Cable 212E is a flexible compensation conductor, and one end of this cable 212E is connected to the other end (lower end) of thermocouple wire 212A. A crimp terminal (not shown) is attached to the other end of this cable 212E, and this crimp terminal is attached to data logger 23. A part of cable 212E is inserted into sleeve 212C.

ヒーター２１３は、管材２１１が挿通されたコイル型のヒーターである。このヒーター２１３のコイル部２１３Ａは、少なくとも管材２１１の燃焼室２１１Ｂを含む範囲の周囲に巻回されている。コイル部２１３Ａは、リード部２１３Ｂを介して定電圧源２２に接続されており、定電圧源２２から電圧を印加されることにより発熱する。 The heater 213 is a coil-type heater through which the tubular material 211 is inserted. The coil portion 213A of this heater 213 is wound around an area that includes at least the combustion chamber 211B of the tubular material 211. The coil portion 213A is connected to the constant voltage source 22 via the lead portion 213B, and generates heat when a voltage is applied from the constant voltage source 22.

顆粒状触媒２１４は、燃焼室２１１Ｂに充填された顆粒状の触媒である。顆粒状触媒２１４の粒径は、粉末の粒径に比して数十倍～数百倍と大きい。顆粒状触媒２１４の粒径は、１００μｍ未満に篩にかけて整粒するのは困難であり、１０００μｍより大きくすると管材２１１の内径と近くなって燃料ガスとの接触が悪くなるという観点から、１００μｍ以上１０００μｍ以下が好ましく、３５５μｍ以上４２０μｍ以下がより好ましい。また、顆粒状触媒２１４は、例えば、パラジウム（Ｐｄ）や白金（Ｐｔ）等の金属や金属酸化物が担持したもの等である。 The granular catalyst 214 is a granular catalyst filled in the combustion chamber 211B. The particle size of the granular catalyst 214 is several tens to several hundreds of times larger than the particle size of the powder. It is difficult to size the granular catalyst 214 by sieving it to a size less than 100 μm, and if it is larger than 1000 μm, it will become close to the inner diameter of the pipe material 211 and contact with the fuel gas will be poor. From this viewpoint, the particle size of the granular catalyst 214 is preferably 100 μm to 1000 μm, and more preferably 355 μm to 420 μm. In addition, the granular catalyst 214 is, for example, supported by a metal or metal oxide such as palladium (Pd) or platinum (Pt).

燃焼室２１１Ｂに充填された顆粒状触媒２１４の質量及び充填高さは、測温接点Ｐが顆粒状触媒２１４から露出するように適宜設定すればよく、例えば、管材２１１の内径が４ｍｍの場合で０．０７５ｇ、約３ｍｍ等である。なお、測温接点Ｐが顆粒状触媒２１４から露出することは必須ではなく、顆粒状触媒２１４が測温接点Ｐを覆うように燃焼室２１１Ｂに充填されてもよい。 The mass and filling height of the granular catalyst 214 filled in the combustion chamber 211B may be appropriately set so that the temperature measurement contact point P is exposed from the granular catalyst 214, for example, 0.075 g and approximately 3 mm when the inner diameter of the pipe material 211 is 4 mm. Note that it is not essential that the temperature measurement contact point P is exposed from the granular catalyst 214, and the granular catalyst 214 may be filled in the combustion chamber 211B so as to cover the temperature measurement contact point P.

ストッパー部材２１５は、燃焼室２１１Ｂの下側に配されている。このストッパー部材２１５は、管材２１１の内周面に嵌合したステンレス等の金属製の板である。本実施形態のストッパー部材２１５は円板である。また、本実施形態のストッパー部材２１５の厚みは約１ｍｍである。なお、ストッパー部材２１５は、ガラスウールにより構成してもよい。 The stopper member 215 is disposed below the combustion chamber 211B. This stopper member 215 is a plate made of metal such as stainless steel that fits onto the inner circumferential surface of the pipe material 211. In this embodiment, the stopper member 215 is a circular plate. The thickness of the stopper member 215 in this embodiment is approximately 1 mm. The stopper member 215 may also be made of glass wool.

図３は、図２に示す熱量計２０の燃焼機能部２１を拡大して示す断面図である。この図に示すように、シース２１２Ｂの一端側（上端側、先端側）の表面には、触媒層２１２Ｓが測温接点Ｐを覆うように形成されている。この触媒層２１２Ｓは、パラジウムや白金等の触媒により構成された塗膜である。触媒層２１２Ｓの形成方法としては、粉末状の触媒と蒸留水等とを混合した液状の触媒をシース２１２Ｂに塗布して乾燥させる方法を例示できる。 Figure 3 is an enlarged cross-sectional view of the combustion function section 21 of the calorimeter 20 shown in Figure 2. As shown in this figure, a catalyst layer 212S is formed on the surface of one end side (upper end side, tip side) of the sheath 212B so as to cover the temperature measurement contact P. This catalyst layer 212S is a coating film made of a catalyst such as palladium or platinum. An example of a method for forming the catalyst layer 212S is a method in which a liquid catalyst made by mixing a powdered catalyst with distilled water or the like is applied to the sheath 212B and dried.

触媒層２１２Ｓのシース２１２Ｂの一端（先端）からの長さは例えば約１ｍｍであり、触媒層２１２Ｓは、測温接点Ｐの位置を含むシース２１２Ｂの一端から約１ｍｍの範囲を覆っている。この触媒層２１２Ｓの大部分又は全体は顆粒状触媒２１４から露出している。なお、触媒層２１２Ｓが顆粒状触媒２１４から露出することは必須ではなく、触媒層２１２Ｓは顆粒状触媒２１４に覆われるように配されてもよい。 The length of the catalyst layer 212S from one end (tip) of the sheath 212B is, for example, about 1 mm, and the catalyst layer 212S covers an area of about 1 mm from one end of the sheath 212B, including the position of the temperature measurement contact point P. Most or all of this catalyst layer 212S is exposed from the granular catalyst 214. Note that it is not essential that the catalyst layer 212S is exposed from the granular catalyst 214, and the catalyst layer 212S may be arranged so as to be covered by the granular catalyst 214.

図４は、図３に示す燃焼機能部２１のストッパー部材２１５を示す平面図である。図３及び図４に示すように、ストッパー部材２１５には複数の通気孔２１５Ａが形成されている。この通気孔２１５Ａの直径は、顆粒状触媒２１４の粒径（平均値）よりも小さい。これにより、燃料ガスは、通気孔２１５Ａを通過するが、顆粒状触媒２１４は、通気孔２１５Ａを通過せずにストッパー部材２１５の上に堆積する。本実施形態の通気孔２１５Ａの直径は０．３ｍｍである。 Figure 4 is a plan view showing the stopper member 215 of the combustion function section 21 shown in Figure 3. As shown in Figures 3 and 4, a plurality of ventilation holes 215A are formed in the stopper member 215. The diameter of the ventilation holes 215A is smaller than the particle size (average value) of the granular catalyst 214. As a result, the fuel gas passes through the ventilation holes 215A, but the granular catalyst 214 does not pass through the ventilation holes 215A and accumulates on the stopper member 215. The diameter of the ventilation holes 215A in this embodiment is 0.3 mm.

通気孔２１５Ａは、ストッパー部材２１５の中心部を除く全域に密に形成されている。それに対して、ストッパー部材２１５の中心部には、通気孔２１５Ａに比して大径の孔２１５Ｂが形成されている。この孔２１５Ｂにはシース２１２Ｂが挿通されている。ここで、ストッパー部材２１５の中心部とシース２１２Ｂとはセラミック接着剤等の接着剤により接着されている。この接着剤により、孔２１５Ｂとシース２１２Ｂとの隙間が埋められている。 The ventilation holes 215A are densely formed all over the stopper member 215 except for the center. In contrast, a hole 215B with a larger diameter than the ventilation hole 215A is formed in the center of the stopper member 215. The sheath 212B is inserted into this hole 215B. The center of the stopper member 215 and the sheath 212B are bonded together with an adhesive such as a ceramic adhesive. The adhesive fills the gap between the hole 215B and the sheath 212B.

ここで、熱電対素線２１２Ａの先端の測温接点Ｐは、顆粒状触媒２１４から露出した状態で燃焼室２１１Ｂに配されている。測温接点Ｐの位置は、燃焼室２１１Ｂの径方向の中央部が好ましい。また、燃焼室２１１Ｂの下端（ストッパー部材２１５の上面）から測温接点Ｐまでの距離は、例えば約４ｍｍである。 Here, the temperature measurement contact P at the tip of the thermocouple wire 212A is disposed in the combustion chamber 211B in a state where it is exposed from the granular catalyst 214. The position of the temperature measurement contact P is preferably the radial center of the combustion chamber 211B. In addition, the distance from the lower end of the combustion chamber 211B (the upper surface of the stopper member 215) to the temperature measurement contact P is, for example, about 4 mm.

コイル部２１３Ａが定電圧源２２から電圧を印加されることにより発熱すると、触媒層２１２Ｓ及び顆粒状触媒２１４が所定の温度に加熱される。データロガー２３（図２参照）は、シース熱電対２１２から出力される信号、すなわち、測温接点Ｐの周囲の温度を記録する。 When the coil portion 213A generates heat by applying a voltage from the constant voltage source 22, the catalyst layer 212S and the granular catalyst 214 are heated to a predetermined temperature. The data logger 23 (see FIG. 2) records the signal output from the sheathed thermocouple 212, i.e., the temperature around the temperature measuring junction P.

演算装置２４（図１及び図２参照）は、データロガー２３の記録内容に基づいて燃焼機能部２１に供給された燃料ガスの燃焼時の発熱量を演算する。発熱量を演算するに際し、演算装置２４には、第１流量計１４Ａ及び第２流量計１４Ｂの測定値も入力される。演算装置２４としては、例えばＰＣ（Personal Computer）を用いることができる。 The calculation device 24 (see Figures 1 and 2) calculates the amount of heat generated during combustion of the fuel gas supplied to the combustion function unit 21 based on the contents recorded by the data logger 23. When calculating the amount of heat generated, the measurement values of the first flow meter 14A and the second flow meter 14B are also input to the calculation device 24. For example, a PC (Personal Computer) can be used as the calculation device 24.

ここで、燃焼機能部２１の作製方法について説明する。まず、ストッパー部材２１５をシース２１２Ｂに接着する。次に、触媒層２１２Ｓ（図３参照）を一端側に形成したシース熱電対２１２をストッパー部材２１５と共に管材２１１に挿入する。次に、シース熱電対２１２のアダプター２１２Ｄを管材２１１の下端に接着する。次に、顆粒状触媒２１４を、管材２１１の上端からストッパー部材２１５の上に充填する。この際、測温接点Ｐが顆粒状触媒２１４から露出するように、顆粒状触媒２１４の充填量及び充填高さを調整する。 The method of manufacturing the combustion function section 21 will now be described. First, the stopper member 215 is adhered to the sheath 212B. Next, the sheathed thermocouple 212, which has a catalyst layer 212S (see FIG. 3) formed on one end, is inserted into the tubular material 211 together with the stopper member 215. Next, the adapter 212D of the sheathed thermocouple 212 is adhered to the lower end of the tubular material 211. Next, the granular catalyst 214 is filled onto the stopper member 215 from the upper end of the tubular material 211. At this time, the amount and height of the granular catalyst 214 are adjusted so that the temperature measuring contact point P is exposed from the granular catalyst 214.

図２に示すように、保護容器２９は、縦方向の寸法が横方向の寸法に比して大きい断熱性の筐体であり、管材２１１の上端側を除く全体と、この管材２１１に収納された顆粒状触媒２１４等を収容する。この保護容器２９は、例えば風の影響により、シース熱電対２１２の測定温度が変動することを抑制している。 As shown in FIG. 2, the protective container 29 is an insulating housing whose vertical dimension is larger than its horizontal dimension, and contains the entire pipe material 211 except for the upper end side, as well as the granular catalyst 214 and other components contained in the pipe material 211. The protective container 29 prevents the measured temperature of the sheathed thermocouple 212 from fluctuating due to, for example, the influence of wind.

保護容器２９の天板２９Ａには、管材２１１が挿通される開口が形成されている。他方で、保護容器２９の底板２９Ｂには、スリーブ２１２Ｃが挿通される開口が形成されている。保護容器２９の側板２９Ｃには、リード部２１３Ｂが挿通される溝が形成されている。保護容器２９の底板２９Ｂは、シース熱電対２１２の張出部２１２Ｙを支持することで燃焼機能部２１を支持している。なお、側板２９Ｃがリード部２１３Ｂを支持することで燃焼機能部２１が保護容器２９に支持されるようにしてもよい。 The top plate 29A of the protective container 29 has an opening through which the tube material 211 is inserted. On the other hand, the bottom plate 29B of the protective container 29 has an opening through which the sleeve 212C is inserted. The side plate 29C of the protective container 29 has a groove through which the lead portion 213B is inserted. The bottom plate 29B of the protective container 29 supports the protruding portion 212Y of the sheathed thermocouple 212, thereby supporting the combustion function portion 21. Note that the side plate 29C may support the lead portion 213B, thereby supporting the combustion function portion 21 on the protective container 29.

保護容器２９の背板２９Ｄには、開口２９Ｆが形成されており、この開口２９Ｆには、金属製の網目状の部材である金網２９Ｇが設けられている。即ち、背板２９Ｄには、網目状に仕切られた多数の開口が形成されている。これにより、燃料ガスの燃焼により燃焼室２１１Ｂで発生した排ガスが、排気孔２１１Ａを通して管材２１１内から保護容器２９へ排出され、背板２９Ｄの多数の開口を通して保護容器２９外へ排出される。 An opening 29F is formed in the back plate 29D of the protective container 29, and a metal mesh member 29G is provided in this opening 29F. That is, the back plate 29D has a number of openings partitioned into a mesh pattern. As a result, exhaust gas generated in the combustion chamber 211B by the combustion of the fuel gas is discharged from inside the pipe material 211 through the exhaust hole 211A to the protective container 29, and is discharged outside the protective container 29 through the many openings in the back plate 29D.

以上のような構成の熱量計２０において、演算装置２４は、シース熱電対２１２により測定されてデータロガー２３に記録された温度に基づいて、燃料ガスの燃焼時の発熱量を演算する。演算装置２４には、シース熱電対２１２の測定温度の変化と燃料ガスの燃焼時の発熱量との相関関係を示す相関データが記憶されており、演算装置２４は、この相関データを利用して、燃料ガスの燃焼時の発熱量を演算する。 In the calorimeter 20 configured as described above, the arithmetic unit 24 calculates the amount of heat generated during combustion of the fuel gas based on the temperature measured by the sheathed thermocouple 212 and recorded in the data logger 23. The arithmetic unit 24 stores correlation data that indicates the correlation between the change in the measured temperature of the sheathed thermocouple 212 and the amount of heat generated during combustion of the fuel gas, and the arithmetic unit 24 uses this correlation data to calculate the amount of heat generated during combustion of the fuel gas.

具体的には、制御装置（図示省略）が、図１に示す第１バルブ１５Ａ、第２バルブ１５Ｂ、及び混合器１６を制御し、可燃ガスを第１配管１１に流し、空気を第２配管１２に流し、可燃ガスと空気とを混合器１６にて混合する。これにより、所定濃度の可燃ガスを含む燃料ガスを生成する。この燃料ガスは、第３配管１３を通じて熱量計２０に供給される。この際、第１流量計１４Ａは、第１配管１１を流れる可燃ガスの流量を測定して測定情報を演算装置２４に出力し、第２流量計１４Ｂは、第２配管１２を流れる空気の流量を測定して測定情報を演算装置２４に出力する。 Specifically, a control device (not shown) controls the first valve 15A, the second valve 15B, and the mixer 16 shown in FIG. 1 to flow combustible gas into the first pipe 11 and air into the second pipe 12, and the combustible gas and air are mixed in the mixer 16. This generates fuel gas containing a predetermined concentration of combustible gas. This fuel gas is supplied to the calorimeter 20 through the third pipe 13. At this time, the first flowmeter 14A measures the flow rate of the combustible gas flowing through the first pipe 11 and outputs the measurement information to the calculation device 24, and the second flowmeter 14B measures the flow rate of the air flowing through the second pipe 12 and outputs the measurement information to the calculation device 24.

定電圧源２２はヒーター２１３（図２参照）に電圧を印加しており、シース熱電対２１２のベース温度は例えば２５０～４００℃程度となる。この状態において、燃料ガスの燃焼時の発熱によって測温接点Ｐの周囲の温度が上昇する。シース熱電対２１２は、測温接点Ｐの周囲の温度に応じた信号をデータロガー２３に送信し、データロガー２３はこれを記憶する。 The constant voltage source 22 applies a voltage to the heater 213 (see Figure 2), and the base temperature of the sheathed thermocouple 212 is, for example, about 250 to 400°C. In this state, the temperature around the temperature measurement contact point P rises due to heat generated during combustion of the fuel gas. The sheathed thermocouple 212 transmits a signal corresponding to the temperature around the temperature measurement contact point P to the data logger 23, which stores this signal.

演算装置２４は、予め記憶している相関データと、データロガー２３が記憶したシース熱電対２１２の測温情報と、第１流量計１４Ａ及び第２流量計１４Ｂの流量情報とから、燃料ガスの燃焼時の発熱量を演算する。 The calculation device 24 calculates the amount of heat generated during combustion of the fuel gas from the correlation data stored in advance, the temperature measurement information of the sheathed thermocouple 212 stored by the data logger 23, and the flow rate information of the first flow meter 14A and the second flow meter 14B.

以下、本実施形態に係る燃焼機能部２１の燃焼特性を確認するために実施された実験について説明する。本実験では、複数の実施例（第１～第３実施例）の燃焼特性と複数の比較例（第１及び第２比較例）の燃焼特性とについて確認した。本実験では、測温接点Ｐに対する加熱温度（ベース温度）を約２６０℃から約３３０℃まで上昇させ、シース熱電対２１２による燃焼時の測定温度と燃焼前のベース温度との差ΔＴ（℃）（以下、単にΔＴ（℃）という）の変化、及び排ガス濃度（メタン（ＣＨ_４）濃度）（％）の変化とを確認した。本実験ではメタン濃度３．０％の燃料ガスを用いた。 An experiment conducted to confirm the combustion characteristics of the combustion function unit 21 according to this embodiment will be described below. In this experiment, the combustion characteristics of a number of examples (first to third examples) and a number of comparative examples (first and second comparative examples) were confirmed. In this experiment, the heating temperature (base temperature) of the hot contact point P was raised from about 260°C to about 330°C, and the change in the difference ΔT (°C) between the temperature measured by the sheathed thermocouple 212 during combustion and the base temperature before combustion (hereinafter simply referred to as ΔT (°C)) and the change in the exhaust gas concentration (methane (CH ₄ ) concentration) (%) were confirmed. In this experiment, a fuel gas with a methane concentration of 3.0% was used.

第１～第３実施例の仕様の共通事項は以下のとおりである。まず、顆粒状触媒２１４の粒径は、３５５μｍ以上４２０μｍ以下である。管材２１１の内径は４．０ｍｍであり、管材２１１の材質はセラミックである。なお、管材２１１の材質はステンレスでもよい。燃焼室２１１Ｂの下端から測温接点Ｐまでの距離は約４ｍｍである。そして、触媒層２１２Ｓが、シース熱電対２１２のシース２１２Ｂの先端側（測温接点Ｐ側）に先端から約１ｍｍの長さで形成されている。 The specifications common to the first to third embodiments are as follows. First, the particle size of the granular catalyst 214 is 355 μm or more and 420 μm or less. The inner diameter of the pipe material 211 is 4.0 mm, and the material of the pipe material 211 is ceramic. The material of the pipe material 211 may be stainless steel. The distance from the lower end of the combustion chamber 211B to the temperature measurement contact point P is approximately 4 mm. Then, the catalyst layer 212S is formed on the tip side (temperature measurement contact point P side) of the sheath 212B of the sheathed thermocouple 212 with a length of approximately 1 mm from the tip.

第１～第３実施例では、顆粒状触媒２１４の質量及び充填高さが相互に異なる。第１実施例では、顆粒状触媒２１４の質量は０．０７５ｇ、顆粒状触媒２１４の充填高さは約３ｍｍである。第２実施例では、顆粒状触媒２１４の質量は０．０３７５ｇ、顆粒状触媒２１４の充填高さは約１ｍｍである。第３実施例では、顆粒状触媒２１４の質量は０．１１２５ｇ、顆粒状触媒２１４の充填高さは約４ｍｍである。 In the first to third examples, the mass and filling height of the granular catalyst 214 are different from each other. In the first example, the mass of the granular catalyst 214 is 0.075 g, and the filling height of the granular catalyst 214 is about 3 mm. In the second example, the mass of the granular catalyst 214 is 0.0375 g, and the filling height of the granular catalyst 214 is about 1 mm. In the third example, the mass of the granular catalyst 214 is 0.1125 g, and the filling height of the granular catalyst 214 is about 4 mm.

比較例の仕様は以下のとおりである。まず、第１比較例では顆粒状触媒２１４が燃焼室２１１Ｂに充填されているのに対して、第２比較例では顆粒状触媒２１４が燃焼室２１１Ｂに充填されていない。第１比較例では、顆粒状触媒２１４の粒径は、３５５μｍ以上４２０μｍ以下であり、顆粒状触媒２１４の質量は０．１１２５ｇ、顆粒状触媒２１４の充填高さは約５ｍｍである。第１及び第２比較例の何れも、管材２１１の内径は４．０ｍｍであり、管材２１１の材質はセラミックであり、燃焼室２１１Ｂの下端から測温接点Ｐまでの距離は約４ｍｍである。なお、管材２１１の材質はステンレスでもよい。ここで、第１比較例では、測温接点Ｐが顆粒状触媒２１４により覆われており、顆粒状触媒２１４の上面から測温接点Ｐまでの距離は約１ｍｍである。そして、第１比較例では、触媒層２１２Ｓがシース熱電対２１２のシース２１２Ｂに形成されていないのに対して、第２比較例では、触媒層２１２Ｓがシース熱電対２１２のシース２１２Ｂの先端側に先端から約１ｍｍの長さで形成されている。 The specifications of the comparative examples are as follows. First, in the first comparative example, the granular catalyst 214 is filled in the combustion chamber 211B, whereas in the second comparative example, the granular catalyst 214 is not filled in the combustion chamber 211B. In the first comparative example, the particle size of the granular catalyst 214 is 355 μm or more and 420 μm or less, the mass of the granular catalyst 214 is 0.1125 g, and the filling height of the granular catalyst 214 is about 5 mm. In both the first and second comparative examples, the inner diameter of the pipe material 211 is 4.0 mm, the material of the pipe material 211 is ceramic, and the distance from the lower end of the combustion chamber 211B to the temperature measurement contact point P is about 4 mm. The material of the pipe material 211 may be stainless steel. Here, in the first comparative example, the temperature measurement contact point P is covered by the granular catalyst 214, and the distance from the upper surface of the granular catalyst 214 to the temperature measurement contact point P is about 1 mm. In the first comparative example, the catalyst layer 212S is not formed on the sheath 212B of the sheathed thermocouple 212, whereas in the second comparative example, the catalyst layer 212S is formed on the tip side of the sheath 212B of the sheathed thermocouple 212, with a length of about 1 mm from the tip.

図５は、第１比較例の実験結果を示すグラフ及び表である。第１比較例では、シース２１２Ｂの先端側に触媒層２１２Ｓが形成されておらず、測温接点Ｐが覆われるように顆粒状触媒２１４が燃焼室２１１Ｂに充填されている。図５のグラフ及び表に示すように、ベース温度（℃）が２５９．７℃ではΔＴ（℃）は２５．８℃と僅かであり、排ガスのメタン濃度（％）も０．３７２％と高い。それに対して、ベース温度（℃）が２７９．７℃ではΔＴ（℃）は１４６．０℃と高くなり、排ガスメタン濃度（％）も０．００２％と低くなる。 Figure 5 is a graph and table showing the experimental results of the first comparative example. In the first comparative example, the catalyst layer 212S is not formed on the tip side of the sheath 212B, and the granular catalyst 214 is filled into the combustion chamber 211B so that the temperature measurement contact point P is covered. As shown in the graph and table in Figure 5, when the base temperature (°C) is 259.7°C, ΔT (°C) is only 25.8°C, and the methane concentration (%) of the exhaust gas is also high at 0.372%. In contrast, when the base temperature (°C) is 279.7°C, ΔT (°C) is high at 146.0°C, and the methane concentration (%) of the exhaust gas is low at 0.002%.

図５のグラフ及び表から、第１比較例では、反応開始温度が約２８０℃であり、反応開始温度でのΔＴ（℃）が１４６℃であることを確認できる。また、反応開始温度を超えてからの排ガスメタン濃度（％）が０．００２（％）と低くなり、排ガス中の未燃ガス濃度が極めて低く抑えられることを確認できる。 From the graph and table in Figure 5, it can be seen that in the first comparative example, the reaction start temperature is approximately 280°C, and ΔT (°C) at the reaction start temperature is 146°C. It can also be seen that the exhaust gas methane concentration (%) is as low as 0.002 (%) after exceeding the reaction start temperature, and the unburned gas concentration in the exhaust gas is kept extremely low.

図６は、第２比較例の実験結果を示すグラフ及び表である。第２比較例では、触媒層２１２Ｓがシース２１２Ｂの先端側に形成されているが、顆粒状触媒２１４は燃焼室２１１Ｂに充填されていない。図６のグラフ及び表に示すように、ベース温度（℃）が３００．１℃ではΔＴ（℃）は６．３℃と僅かであり、排ガスメタン濃度（％）も０．３５５％と高い。それに対して、ベース温度（℃）が３３０．９℃ではΔＴ（℃）は２２２．４℃と高くなるが、排ガスメタン濃度（％）は０．３４８％と変わらず高い。 Figure 6 is a graph and table showing the experimental results of the second comparative example. In the second comparative example, the catalyst layer 212S is formed on the tip side of the sheath 212B, but the granular catalyst 214 is not filled in the combustion chamber 211B. As shown in the graph and table in Figure 6, when the base temperature (°C) is 300.1°C, ΔT (°C) is only 6.3°C, and the exhaust gas methane concentration (%) is also high at 0.355%. In contrast, when the base temperature (°C) is 330.9°C, ΔT (°C) is high at 222.4°C, but the exhaust gas methane concentration (%) remains high at 0.348%.

図６のグラフ及び表から、第２比較例では、反応開始温度が約３３１℃であり、反応開始温度でのΔＴ（℃）が約２２２℃であることを確認できる。第２比較例は、第１比較例に比して、反応開始温度が高温側にシフトする一方で、反応開始後のΔＴ（℃）は相対的に高いことを確認できる。他方で、反応開始温度を超える前から超えた後にかけて排ガスメタン濃度（％）が０．３％を超えており、排ガス中の未燃ガス濃度を十分には抑えられないことを確認できる。 From the graph and table in Figure 6, it can be seen that in the second comparative example, the reaction start temperature is approximately 331°C, and ΔT (°C) at the reaction start temperature is approximately 222°C. It can be seen that in the second comparative example, the reaction start temperature is shifted to the higher temperature side compared to the first comparative example, while ΔT (°C) after the reaction starts is relatively high. On the other hand, the exhaust gas methane concentration (%) exceeds 0.3% from before to after the reaction start temperature is exceeded, and it can be seen that the unburned gas concentration in the exhaust gas cannot be sufficiently suppressed.

図７は、第１実施例の実験結果を示すグラフ及び表である。第１実施例では、触媒層２１２Ｓがシース２１２Ｂの先端側に形成されていると共に、顆粒状触媒２１４が燃焼室２１１Ｂに充填されている。そして、顆粒状触媒２１４の質量は０．０７５ｇ、顆粒状触媒２１４の充填高さは約３ｍｍであり、測温接点Ｐ及び触媒層２１２Ｓが顆粒状触媒２１４から露出している。 Figure 7 is a graph and table showing the experimental results of the first embodiment. In the first embodiment, the catalyst layer 212S is formed on the tip side of the sheath 212B, and the granular catalyst 214 is filled in the combustion chamber 211B. The mass of the granular catalyst 214 is 0.075 g, the filling height of the granular catalyst 214 is approximately 3 mm, and the temperature measuring contact point P and the catalyst layer 212S are exposed from the granular catalyst 214.

図７のグラフ及び表に示すように、ベース温度（℃）が２５９．９℃ではΔＴ（℃）は１１．５℃と僅かであり、排ガスのメタン濃度（％）も０．３７１％と高い。それに対して、ベース温度（℃）が２８０．５℃ではΔＴ（℃）は３１１．０℃と高くなり、排ガスメタン濃度（％）も０．００４％と低くなる。 As shown in the graph and table in Figure 7, when the base temperature (°C) is 259.9°C, ΔT (°C) is only 11.5°C, and the methane concentration (%) of the exhaust gas is also high at 0.371%. In contrast, when the base temperature (°C) is 280.5°C, ΔT (°C) is high at 311.0°C, and the methane concentration (%) of the exhaust gas is low at 0.004%.

図７のグラフ及び表から、第１実施例では、反応開始温度が約２８０℃であり、反応開始温度でのΔＴ（℃）が３１１℃、反応開始後（ベース温度約３００℃）のΔＴ（℃）が３０４℃であることを確認できる。第１実施例は、第１比較例に比して、反応開始後のΔＴ（℃）が２倍以上と高くなることを確認できる。また、第１実施例は、第２比較例に比して、反応開始温度が５０℃ほど低温側にシフトすることを確認できる。さらに、第１実施例は、第２比較例とは異なり、反応開始温度を超えてからの排ガスメタン濃度（％）が０．００３～０．００４（％）と低くなり、排ガス中の未燃ガス濃度が極めて低く抑えられることを確認できる。 From the graph and table in FIG. 7, it can be seen that in the first embodiment, the reaction start temperature is about 280°C, ΔT (°C) at the reaction start temperature is 311°C, and ΔT (°C) after the reaction starts (base temperature about 300°C) is 304°C. It can be seen that in the first embodiment, ΔT (°C) after the reaction starts is more than twice as high as in the first comparative example. It can also be seen that in the first embodiment, the reaction start temperature is shifted to a lower temperature by about 50°C compared to the second comparative example. Furthermore, unlike the second comparative example, in the first embodiment, the exhaust gas methane concentration (%) after exceeding the reaction start temperature is low at 0.003 to 0.004 (%), and it can be seen that the unburned gas concentration in the exhaust gas is kept extremely low.

第２及び第３実施例は、第１実施例の顆粒状触媒２１４の充填量及び充填高さを変更した実施例である。第２実施例では、顆粒状触媒２１４の質量は０．０３７５ｇ、顆粒状触媒２１４の充填高さは約１ｍｍであり、測温接点Ｐ及び触媒層２１２Ｓが顆粒状触媒２１４から露出している。 The second and third examples are examples in which the filling amount and filling height of the granular catalyst 214 of the first example are changed. In the second example, the mass of the granular catalyst 214 is 0.0375 g, the filling height of the granular catalyst 214 is approximately 1 mm, and the temperature measuring contact point P and the catalyst layer 212S are exposed from the granular catalyst 214.

図８は、第２実施例の実験結果を示すグラフ及び表である。このグラフ及び表に示すように、ベース温度（℃）が２６０．３℃ではΔＴ（℃）は３．５℃と僅かであり、排ガスのメタン濃度（％）も０．３７６％と高い。それに対して、ベース温度（℃）が２７９．７℃ではΔＴ（℃）は２９４．１℃と高くなり、排ガスメタン濃度（％）も０．０３７％と低くなる。 Figure 8 is a graph and table showing the experimental results of the second embodiment. As shown in this graph and table, when the base temperature (°C) is 260.3°C, ΔT (°C) is only 3.5°C, and the methane concentration (%) of the exhaust gas is also high at 0.376%. In contrast, when the base temperature (°C) is 279.7°C, ΔT (°C) is high at 294.1°C, and the methane concentration (%) of the exhaust gas is low at 0.037%.

図８のグラフ及び表から、第２実施例では、反応開始温度が約２８０℃であり、反応開始温度でのΔＴ（℃）が約２９４℃、反応開始後（ベース温度３００℃）のΔＴ（℃）が約２９６℃であることを確認できる。第２実施例は、第１実施例に比して、反応開始後のΔＴ（℃）が僅かに劣ることを確認できる。また、第２実施例は、第１実施例に比して、反応開始温度を超えてからの排ガスメタン濃度（％）が０．０１５～０．０３７（％）と高くなり、排ガス中の未燃ガス濃度が高くなることを確認できる。 From the graph and table in Figure 8, it can be seen that in the second example, the reaction start temperature is approximately 280°C, ΔT (°C) at the reaction start temperature is approximately 294°C, and ΔT (°C) after the reaction starts (base temperature 300°C) is approximately 296°C. It can be seen that the ΔT (°C) after the reaction starts is slightly lower in the second example than in the first example. It can also be seen that in the second example, the exhaust gas methane concentration (%) is higher at 0.015 to 0.037 (%) after the reaction start temperature is exceeded, and the unburned gas concentration in the exhaust gas is higher than in the first example.

第３実施例では、顆粒状触媒２１４の質量は０．１１２５ｇ、顆粒状触媒２１４の充填高さは約４ｍｍであり、測温接点Ｐ及び触媒層２１２Ｓが顆粒状触媒２１４に覆われている。 In the third embodiment, the mass of the granular catalyst 214 is 0.1125 g, the filling height of the granular catalyst 214 is approximately 4 mm, and the temperature measuring contact point P and the catalyst layer 212S are covered with the granular catalyst 214.

図９は、第３実施例の実験結果を示すグラフ及び表である。このグラフ及び表に示すように、ベース温度（℃）が２５９．２℃ではΔＴ（℃）は２８．６℃と僅かであり、排ガスのメタン濃度（％）も０．３４９％と高い。それに対して、ベース温度（℃）が２８０．１℃ではΔＴ（℃）は２０４．２℃と高くなり、排ガスメタン濃度（％）も０．００６％と低くなる。 Figure 9 is a graph and table showing the experimental results of the third embodiment. As shown in this graph and table, when the base temperature (°C) is 259.2°C, ΔT (°C) is only 28.6°C, and the methane concentration (%) of the exhaust gas is also high at 0.349%. In contrast, when the base temperature (°C) is 280.1°C, ΔT (°C) is high at 204.2°C, and the methane concentration (%) of the exhaust gas is low at 0.006%.

図９のグラフ及び表から、第３実施例では、反応開始温度が約２８０℃であり、反応開始温度でのΔＴ（℃）が約２０４℃、反応開始後（ベース温度３００℃）のΔＴ（℃）が約２００℃であることを確認できる。第３実施例は、第１実施例に比して、反応開始後のΔＴ（℃）が約２／３と劣ることを確認できる。また、第３実施例は、第１実施例と同様、反応開始温度を超えてからの排ガスメタン濃度（％）が０．００２～０．００６（％）と低くなり、排ガス中の未燃ガス濃度が極めて低く抑えられることを確認できる。 From the graph and table in Figure 9, it can be seen that in the third example, the reaction start temperature is approximately 280°C, ΔT (°C) at the reaction start temperature is approximately 204°C, and ΔT (°C) after the reaction starts (base temperature 300°C) is approximately 200°C. It can be seen that the ΔT (°C) after the reaction starts in the third example is approximately 2/3 lower than in the first example. Also, in the third example, like the first example, it can be seen that the methane concentration (%) in the exhaust gas after exceeding the reaction start temperature is low at 0.002 to 0.006 (%), and the unburned gas concentration in the exhaust gas is kept extremely low.

第１～第３実施例の実験結果から、ベース温度が約２８０℃以上の場合に、燃料ガスの燃焼による発熱量がシース熱電対２１２の測定値に顕著に出現すると共に、反応開始温度付近で発熱量の測定値が安定することを確認できる。また、ベース温度が３００℃という条件でΔＴ（℃）について第１～第３実施例と第１比較例とを比較すると、第１～第３実施例が第１比較例の１４０℃よりも高くなること、特に第１及び第２実施例については２倍強と高くなることを確認できる。ここで、ΔＴ（℃）が大きいほどシース熱電対２１２による測温の分解能が高くなり、シース熱電対２１２による測温の精度が向上する。また、第１～第３実施例の反応開始温度は２８０℃付近であるのに対して、第２比較例の反応開始温度は３３０℃付近であること、即ち、第１～第３実施例が第２比較例よりも速応性に優れることを確認できる。 From the experimental results of the first to third examples, it can be confirmed that when the base temperature is about 280°C or higher, the amount of heat generated by the combustion of the fuel gas is significantly reflected in the measurement value of the sheathed thermocouple 212, and the measured value of the amount of heat generated is stable near the reaction start temperature. In addition, when comparing the first to third examples with the first comparative example in terms of ΔT (°C) under the condition of a base temperature of 300°C, it can be confirmed that the first to third examples are higher than the 140°C of the first comparative example, and in particular, the first and second examples are more than twice as high. Here, the larger ΔT (°C) is, the higher the resolution of the temperature measurement by the sheathed thermocouple 212 becomes, and the accuracy of the temperature measurement by the sheathed thermocouple 212 improves. In addition, it can be confirmed that the reaction start temperature of the first to third examples is around 280°C, while the reaction start temperature of the second comparative example is around 330°C, that is, the first to third examples have a superior responsiveness to the second comparative example.

さらに、反応開始温度を超えてからの排ガスメタン濃度（％）について、第１～第３実施例と第２比較例とを比較すると、第１～第３実施例が第２比較例の０．３４８～０．３５５％よりも格段に低い０．０１％未満であること、即ち、第１～第３実施例が第２比較例よりも排ガス中の未燃ガス濃度を極めて低く抑えることができることを確認できる。 Furthermore, when comparing the exhaust gas methane concentration (%) after exceeding the reaction start temperature between the first to third examples and the second comparative example, it can be confirmed that the first to third examples have a concentration of less than 0.01%, which is significantly lower than the 0.348 to 0.355% of the second comparative example. In other words, it can be confirmed that the first to third examples can suppress the unburned gas concentration in the exhaust gas to a much lower level than the second comparative example.

以上説明したように、本実施形態の熱量計２０では、顆粒状触媒２１４が、管材２１１内の燃焼室２１１Ｂに充填され、ストッパー部材２１５により堰き止められている。ここで、顆粒に比して粒径が小さい粉末状の触媒を用いる場合には、燃料ガスの流体抵抗の観点から、触媒を燃焼室２１１Ｂに密に充填することができない。それに対して、本実施形態の熱量計２０によれば、顆粒状触媒２１４を燃焼室２１１Ｂに密に充填した場合でも、顆粒状触媒２１４間の通気路を確保でき、燃料ガスの流体抵抗を抑えることができる。また、燃料ガスと顆粒状触媒２１４との燃焼反応の促進により未燃ガスの通過を抑制でき、排ガス中の未燃ガス濃度を低下させることができる。 As described above, in the calorimeter 20 of this embodiment, the granular catalyst 214 is filled in the combustion chamber 211B in the pipe material 211 and is blocked by the stopper member 215. Here, when using a powdered catalyst having a smaller particle size than granules, the catalyst cannot be densely packed in the combustion chamber 211B from the viewpoint of the fluid resistance of the fuel gas. In contrast, according to the calorimeter 20 of this embodiment, even if the granular catalyst 214 is densely packed in the combustion chamber 211B, an air passage between the granular catalyst 214 can be secured, and the fluid resistance of the fuel gas can be suppressed. In addition, the passage of unburned gas can be suppressed by promoting the combustion reaction between the fuel gas and the granular catalyst 214, and the concentration of unburned gas in the exhaust gas can be reduced.

他方で、顆粒状触媒２１４を熱電対素線２１２Ａの先端側の測温接点Ｐを覆うように管材２１１内の燃焼室２１１Ｂに充填する場合には、顆粒状触媒２１４を均等に充填することが難しいことから、測温接点Ｐの周囲に空洞ができる場合がある。その場合、測温接点Ｐの周囲における燃料ガスと顆粒状触媒２１４との反応が促進されない。それに対して、本実施形態の熱量計２０によれば、触媒層２１２Ｓを測温接点Ｐの周囲に形成したことにより、測温接点Ｐの周囲における燃料ガスの燃焼反応を促進させることができる。さらに、本実施形態の熱量計２０によれば、燃料ガスと顆粒状触媒２１４との燃焼反応による燃焼室２１１Ｂの昇温効果も相俟って、測温接点Ｐの周囲における燃料ガスの燃焼時の発熱量を大きくすることができ、シース熱電対２１２による測温の分解能を高め、熱量計２０による燃料ガスの燃焼時の発熱量の測定精度を向上させることができる。 On the other hand, when the granular catalyst 214 is filled in the combustion chamber 211B in the pipe material 211 so as to cover the temperature measurement contact P at the tip side of the thermocouple wire 212A, it is difficult to fill the granular catalyst 214 evenly, and therefore a cavity may be formed around the temperature measurement contact P. In that case, the reaction between the fuel gas and the granular catalyst 214 around the temperature measurement contact P is not promoted. In contrast, according to the calorimeter 20 of this embodiment, the catalyst layer 212S is formed around the temperature measurement contact P, so that the combustion reaction of the fuel gas around the temperature measurement contact P can be promoted. Furthermore, according to the calorimeter 20 of this embodiment, the heat generation amount during the combustion of the fuel gas around the temperature measurement contact P can be increased, coupled with the effect of increasing the temperature of the combustion chamber 211B due to the combustion reaction of the fuel gas and the granular catalyst 214, and the resolution of the temperature measurement by the sheathed thermocouple 212 can be improved, and the measurement accuracy of the heat generation amount during the combustion of the fuel gas by the calorimeter 20 can be improved.

また、本実施形態の熱量計２０によれば、顆粒状触媒２１４が測温接点Ｐが顆粒状触媒２１４から露出するように燃焼室２１１Ｂに充填されていることにより、測温接点Ｐが顆粒状触媒２１４に覆われている場合に比して、測温接点Ｐの周囲における燃料ガスの燃焼時の発熱量をより一層大きくすることができることが上述の実験により確認されている。 In addition, according to the calorimeter 20 of this embodiment, the granular catalyst 214 is filled into the combustion chamber 211B so that the temperature measurement contact point P is exposed from the granular catalyst 214. This has been confirmed by the above-mentioned experiment to be able to further increase the amount of heat generated during combustion of the fuel gas around the temperature measurement contact point P compared to when the temperature measurement contact point P is covered by the granular catalyst 214.

また、本実施形態の熱量計２０によれば、シース熱電対２１２のシース２１２Ｂがアダプター２１２Ｄに固定され、このアダプター２１２Ｄが管材２１１の下端に固定されることにより、熱電対素線２１２Ａの測温接点Ｐと管材２１１とが相対的に位置決めされている。さらに、ストッパー部材２１５がシース２１２Ｂに固定されることで、ストッパー部材２１５と測温接点Ｐとが相対的に位置決めされている。従って、測温接点Ｐを燃焼室２１１Ｂ内の所望の位置に配置することができる。 In addition, according to the calorimeter 20 of this embodiment, the sheath 212B of the sheathed thermocouple 212 is fixed to the adapter 212D, and this adapter 212D is fixed to the lower end of the pipe material 211, thereby positioning the temperature measurement contact point P of the thermocouple wire 212A relative to the pipe material 211. Furthermore, the stopper member 215 is fixed to the sheath 212B, thereby positioning the stopper member 215 and the temperature measurement contact point P relative to each other. Therefore, the temperature measurement contact point P can be positioned at a desired position within the combustion chamber 211B.

また、本実施形態の熱量計２０には、管材２１１におけるアダプター２１２Ｄとストッパー部材２１５との間に排気孔２１１Ａが形成されている。これにより、熱電対素線２１２Ａの測温接点Ｐと管材２１１との相対的な位置決めを行ったうえで、燃焼機能部２１での燃料ガスの燃焼により生じた排ガスを管材２１１外へ排出することができる。 In addition, in the calorimeter 20 of this embodiment, an exhaust hole 211A is formed between the adapter 212D and the stopper member 215 in the pipe material 211. This allows the exhaust gas generated by the combustion of the fuel gas in the combustion function section 21 to be discharged outside the pipe material 211 after the relative positioning of the temperature measurement junction P of the thermocouple wire 212A and the pipe material 211 is performed.

また、本実施形態の熱量計２０では、板材であるストッパー部材２１５の中心部に、シース２１２Ｂが挿通される孔２１５Ｂが形成され、ストッパー部材２１５の中心部の周囲の全域に、複数の通気孔２１５Ａが密に形成されている。これにより、ストッパー部材２１５を多孔質体にする場合に比して、燃料ガスの流体抵抗を抑えることができる。 In addition, in the calorimeter 20 of this embodiment, a hole 215B through which the sheath 212B is inserted is formed in the center of the stopper member 215, which is a plate material, and multiple air holes 215A are densely formed all around the center of the stopper member 215. This makes it possible to reduce the flow resistance of the fuel gas compared to when the stopper member 215 is made of a porous material.

また、本実施形態の熱量計２０では、顆粒状触媒２１４の粒径が、１００μｍ以上１０００μｍ以下である。即ち、本実施形態の顆粒状触媒２１４は、粉末状の触媒に比して、粒径が格段に大きい。従って、顆粒状触媒２１４を燃焼室２１１Ｂに密に充填した場合でも、粉末状の触媒を用いる場合に比して、燃料ガスの流体抵抗を抑えることができる。 In addition, in the calorimeter 20 of this embodiment, the particle size of the granular catalyst 214 is 100 μm or more and 1000 μm or less. That is, the particle size of the granular catalyst 214 of this embodiment is significantly larger than that of a powdered catalyst. Therefore, even if the granular catalyst 214 is densely packed in the combustion chamber 211B, the flow resistance of the fuel gas can be reduced compared to when a powdered catalyst is used.

また、本実施形態の熱量計２０では、管材２１１とシース熱電対２１２とは縦向きに配されている。このため、顆粒状触媒２１４を管材２１１内に充填する作業を、管材２１１の上端から管材２１１内に流し込むという簡易な作業で実施できる。 In addition, in the calorimeter 20 of this embodiment, the tube 211 and the sheathed thermocouple 212 are arranged vertically. Therefore, the task of filling the tube 211 with the granular catalyst 214 can be performed by the simple task of pouring it into the tube 211 from the upper end of the tube 211.

以上、上記実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、適宜公知や周知の技術を組み合わせてもよい。 The present invention has been described above based on the above embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment, and modifications may be made without departing from the spirit of the present invention, and publicly known or well-known technologies may be appropriately combined.

例えば、上記実施形態では、管材２１１を縦向きとしたが、管材２１１を横向きにしてもよい。また、上記実施形態では、シース熱電対２１２を管材２１１の下流端から管材２１１内に挿入したが、熱電対素線２１２Ａを管材２１１の上流端や中間部から管材２１１内に挿入してもよい。また、燃焼機能部２１の構造は、上記実施形態の構成には限らず、適宜変更してもよい。 For example, in the above embodiment, the pipe material 211 is oriented vertically, but the pipe material 211 may be oriented horizontally. Also, in the above embodiment, the sheathed thermocouple 212 is inserted into the pipe material 211 from the downstream end of the pipe material 211, but the thermocouple wire 212A may be inserted into the pipe material 211 from the upstream end or the middle part of the pipe material 211. Also, the structure of the combustion function unit 21 is not limited to the configuration of the above embodiment, and may be changed as appropriate.

また、上記実施形態では、測温体として熱電対を用いたが、測温抵抗体等の他の測温体を用いてもよい。 In addition, in the above embodiment, a thermocouple is used as the temperature sensor, but other temperature sensors such as a resistance temperature sensor may also be used.

２０熱量計
２１１管材
２１１Ａ排気孔
２１２シース熱電対（測温体）
２１２Ｂシース（被覆材）
２１２Ｄアダプター（固定部）
２１２Ｓ触媒層
２１３ヒーター（加熱部）
２１４顆粒状触媒
２１５ストッパー部材
２１５Ａ通気孔
２１５Ｂ孔
Ｐ測温接点 20 Calorimeter 211 Pipe material 211A Exhaust hole 212 Sheathed thermocouple (temperature measuring element)
212B Sheath (coating material)
212D Adapter (fixed part)
212S Catalyst layer 213 Heater (heating part)
214 Granular catalyst 215 Stopper member 215A Vent hole 215B Hole P Temperature measuring contact point

Claims

A pipe material into which the fuel gas to be measured flows;
A temperature sensor having a temperature measuring junction inserted into the pipe material;
A granular catalyst packed inside the tube;
A catalyst layer formed around the temperature measuring junction of the temperature measuring element;
a heating unit that heats the granular catalyst and the catalyst layer.

The calorimeter according to claim 1, wherein the granular catalyst is filled inside the tube so that the temperature measuring junction is exposed from the granular catalyst.

a stopper member provided inside the pipe material and through which the fuel gas passes;
3. The calorimeter according to claim 1, wherein the granular catalyst is filled inside the tube so as to be blocked by the stopper member.

A fixing portion is provided which is fixed to the pipe material,
4. The calorimeter according to claim 3, wherein the temperature measuring element is fixed to the fixing portion, is inserted from the fixing portion into the inside of the pipe material, and penetrates the stopper member.

The calorimeter according to claim 4, wherein the stopper member is fixed to the covering material of the temperature measuring element.

The calorimeter according to claim 5, wherein the stopper member is a plate material, a hole through which the coating material is inserted is formed in the center of the plate material, and a plurality of vent holes having a diameter smaller than the particle diameter of the granular catalyst are formed around the entire area around the center of the plate material.

The calorimeter according to any one of claims 1 to 6, wherein the particle size of the granular catalyst is 100 μm or more and 1000 μm or less.

A calorimeter according to any one of claims 1 to 7, in which the tubes are arranged vertically.