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JP7780432B2 - Calorie measuring device and calorie calculation method - Google Patents
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JP7780432B2 - Calorie measuring device and calorie calculation method - Google Patents

Calorie measuring device and calorie calculation method

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JP7780432B2 JP2022531729A JP2022531729A JP7780432B2 JP 7780432 B2 JP7780432 B2 JP 7780432B2 JP 2022531729 A JP2022531729 A JP 2022531729A JP 2022531729 A JP2022531729 A JP 2022531729A JP 7780432 B2 JP7780432 B2 JP 7780432B2
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Description

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。 The present invention relates to, for example, a gas calorific value measuring device and a calorific value calculation method, and in particular to a calorific value measuring device and a calorific value calculation method for paraffinic hydrocarbon gases that contain interference gases that become error components.

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)、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO)、などの干渉ガス(雑ガス)を含んでいる。 Conventionally, commonly available natural gas is primarily composed of paraffinic hydrocarbon gas and contains interference gases (miscellaneous gases) such as nitrogen ( N2 ), carbon monoxide (CO), and carbon dioxide ( CO2 ), which can cause errors in calorific value measurements.

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),エタンガス(C)、プロパンガス(C),ブタンガス(n-C10)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。 Here, when measuring the calorific value of the natural gas, the calorific value of paraffinic hydrocarbon gases (e.g., methane gas ( CH4 ), ethane gas ( C2H6 ), propane gas ( C3H8 ), butane gas ( n - C4H10 ), etc.) can be measured because the calorific value and refractive index, and the calorific value and thermal conductivity are proportional to each other.

また、窒素(N)、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO)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)。 Furthermore, for miscellaneous gases such as nitrogen ( N2 ), carbon monoxide (CO), and carbon dioxide ( CO2 ), there is no proportional relationship between the calorific value and the refractive index, nor between the calorific value and the thermal conductivity. However, it has been found that the influence (error) on the calorific value calculation can be almost completely eliminated by performing calculations using both the calorific value converted to the refractive index and the calorific value converted to the thermal conductivity (see, for example, Patent Document 1).

特許第5308842号公報Patent No. 5308842

しかしながら、水素ガス(H)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。 However, since there is no proportional relationship between the calorific value and the thermal conductivity of hydrogen gas (H 2 ), errors cannot be eliminated by conventional calculation processing. Therefore, when calculating the calorific value of a paraffinic hydrocarbon gas containing hydrogen gas, the presence of hydrogen gas (gas) is a major error factor.

また、窒素(N)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。 Furthermore, even in the case of gases containing nitrogen ( N2 ) or carbon monoxide (CO), the calorimetric measurement device described in Patent Document 1 requires both a thermal conductivity measurement means and a refractive index measurement means, which hinders progress in miniaturization and price reduction through simplified configuration.

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。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a calorific value measuring device and a calorific value calculation method that can accurately measure the calorific value of natural gas containing hydrogen gas as a primary interfering gas, while also being compact and inexpensive.

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、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ものであり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、ことを特徴とする熱量測定装置である。
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である。
The present invention relates to a calorimetry device for measuring the calorific value of a target gas, the calorimetry device measuring the calorific value of the target gas, the calorific value being provided with a thermal conductivity converted calorific value measuring means capable of measuring the calorific value obtained from the thermal conductivity of the target gas, the target gas being composed mainly of a first gas and containing a second gas which becomes a measurement error component, and the thermal conductivity converted calorific value measuring means calculates the calorific value obtained from the thermal conductivity of the target gas based on a relational expression showing the correlation between the output measured by the thermal conductivity measuring means and the actual calorific value, the relational expression being obtained in advance for a plurality of the first gases which serve as references, and the second gas. and a heat quantity measuring device for measuring the calorific value of the target gas by correcting an error due to the thermal conductivity of the target gas, the heat quantity measuring device comprising a correction device and a converted heat quantity calculating device, the correction device comprising a difference calculating device that calculates a difference between a first output and a second output measured for the target gas by applying different voltages to the thermal conductivity measuring device, and a corrected output value calculating device that calculates a corrected output value for the target gas based on the difference, and the converted heat quantity calculating device calculates the heat quantity of the target gas based on the corrected output value and the relational expression .
The present invention also provides a calorimetry measuring device for measuring the calorific value of a target gas, comprising a thermal conductivity converted calorific value measuring means capable of measuring the calorific value obtained from the thermal conductivity of the target gas, wherein the target gas is composed mainly of a first gas and contains a second gas that is a measurement error component, the first gas being a paraffinic hydrocarbon gas, and the second gas being any one of hydrogen gas, carbon dioxide gas, and nitrogen gas, and the thermal conductivity converted calorific value measuring means calculates the calorific value of the target gas by correcting the measured output of the target gas for an error due to the second gas, based on a relational equation indicating the correlation between the output measured by the thermal conductivity measuring means, which is obtained in advance for a plurality of first gases that serve as references, and the actual calorific value.

また、本発明は、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ものであり、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、ことを特徴とする熱量算出方法である。
また、本発明は、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、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である。
The present invention also provides a calorific value calculation method for calculating the calorific value of a gas, wherein the target gas contains a first gas as a main component and a second gas that is a measurement error component, and the calorific value of the target gas is calculated by correcting an error due to the second gas with respect to the measured output of the target gas based on a relational equation showing the correlation between a measured value of thermal conductivity of the first gas obtained in advance for a plurality of reference gases and an actual calorific value, the calorific value of the target gas being calculated, the calorific value calculation method comprising the steps of applying a first voltage to a thermal conductivity measuring means to measure the target gas and obtain a first output, applying a second voltage to the thermal conductivity measuring means to measure the target gas and obtain a second output, obtaining a corrected output value of the target gas based on the difference between the first output and the second output, and calculating the calorific value of the target gas based on the corrected output value and the relational equation.
The present invention also provides a calorific value calculation method for calculating the calorific value of a gas, wherein a target gas contains a first gas as a main component and a second gas that becomes a measurement error component, the first gas being a paraffinic hydrocarbon gas, and the second gas being any one of hydrogen gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas, and the calorific value of the target gas is calculated by correcting an error due to the second gas for the measured output of the target gas based on a relational equation showing a correlation between a measured value of thermal conductivity obtained in advance for the first gas among a plurality of reference gases and an actual calorific value.

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。
The present invention also provides a calorific value measuring device for measuring the calorific value of a target gas, comprising: a thermal conductivity converted calorific value measuring means capable of measuring a thermal conductivity converted calorific value obtained from the thermal conductivity of the target gas; a refractive index converted calorific value measuring means capable of measuring a refractive index converted calorific value obtained from the refractive index of the target gas; and a calorific value calculating means, wherein the target gas is composed mainly of a first gas and contains a third gas and a fourth gas that become measurement error components; the thermal conductivity converted calorific value measuring means is configured to calculate the thermal conductivity converted calorific value by correcting an error due to the third gas based on a relational expression showing a correlation between the output measured by the thermal conductivity measuring means for a plurality of the first gases and the actual calorific value; and the calorific value calculating means calculates the calorific value of the target gas using the thermal conductivity converted calorific value, the refractive index converted calorific value, and a coefficient for correcting an error due to the fourth gas.
The calorimetric device is characterized by the above.

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。 The present invention also provides a calorific value calculation method for measuring the calorific value of a gas, wherein the target gas contains a first gas as its main component and a third gas and a fourth gas that are measurement error components, and the method comprises the steps of: calculating the calorific value obtained from the thermal conductivity of the target gas (hereinafter referred to as the "thermal conductivity converted calorific value") by correcting the error due to the third gas based on a relational equation showing the correlation between the measured thermal conductivity value and the actual calorific value for a plurality of the first gases; acquiring the calorific value obtained from the refractive index of the target gas (hereinafter referred to as the "refractive index converted calorific value"); and calculating the calorific value of the target gas using the thermal conductivity converted calorific value, the refractive index converted calorific value, and a coefficient that corrects the error due to the fourth gas.

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。 The present invention also provides a program for causing a computer to execute the above-mentioned calorie calculation method.

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。 The present invention provides a calorific value measuring device and a calorific value calculation method that can accurately measure the calorific value of natural gas, which primarily contains hydrogen gas as an interfering gas, while also being compact and inexpensive.

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。1 is a schematic diagram showing the configuration of a calorimetry device according to a first embodiment of the present invention. 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。1A and 1B are graphs showing the relationship between the calorific value and the output of a thermal conductivity meter, illustrating a method for correcting errors in hydrogen gas in the calorific value measuring device according to the first embodiment of the present invention, where (A) is the graph before correction and (B) is the graph after correction. 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。1A and 1B are graphs showing the relationship between the calorific value and the output of a thermal conductivity meter, illustrating a method for correcting errors in nitrogen gas in the calorific value measuring device according to the first embodiment of the present invention, where (A) is the graph before correction and (B) is the graph after correction. 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。10A and 10B are schematic diagrams showing the configuration of a calorimetry device according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 10A is a schematic diagram showing the overall configuration, and FIG. 10B is a schematic diagram showing a refractive index converted calorie calculation means. 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。10A and 10B are graphs showing the relationship between calorific value and the output of a thermal conductivity meter, illustrating a method for correcting errors for interference gases in a calorific value measuring device according to a second embodiment of the present invention, where (A) is a graph before correction of errors for hydrogen gas, and (B) is a graph after correction. 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。10A and 10B are graphs for explaining a method for correcting errors due to interference gases in a calorimetry device according to a second embodiment of the present invention, where FIG. 10A is a graph showing the relationship between calorie and refractive index, and FIG. 10B is a graph showing the relationship between calorie and the output of a thermal conductivity meter. 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。10 is a graph showing the relationship between the actual calorific value after correcting for errors due to interference gases in the calorific value measuring device according to the second embodiment of the present invention and the measurement results in the calorific value measuring device. 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。10 is a graph showing the relationship between the output difference of the normalized output due to the difference in applied voltage of the thermal conductivity measuring means in the calorimeter according to the second embodiment of the present invention and the measured concentration of hydrogen gas. 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。10 is a graph showing the relationship between the normalized output of the thermal conductivity measuring means and the applied voltage in the calorimeter according to the second embodiment of the present invention. 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。10A and 10B are diagrams illustrating a method for measuring a calorie quantity using a calorie measuring device according to a third embodiment of the present invention, in which (A) is a graph showing an output-voltage function, and (B) is a graph showing a slope-voltage function. 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割合-電圧曲線を示すグラフであり、(B)出力-H割合関数を示すグラフである。10A and 10B are diagrams illustrating a method for measuring the calorific value of a calorimeter according to a third embodiment of the present invention, in which (A) is a graph showing a H 2 proportion-voltage curve, and (B) is a graph showing an output- H 2 proportion function. 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。FIG. 10 is a diagram for explaining a method for measuring the calorific value of the calorific value measuring device according to the third embodiment of the present invention, and is a graph showing the relationship between the hydrogen gas concentration and a value based on the normalized output. 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。FIG. 10 is a diagram showing an example of a mixture ratio of an interference gas in a reference gas. 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。FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of a calorimetry device according to a third embodiment. 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。FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of a calorimetry device according to a third embodiment. 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。11 is a graph showing the relationship between the calculated heat quantity and the actual heat quantity in the third embodiment. 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。11 is a graph showing the relationship between the calculated heat quantity and the actual heat quantity in the third embodiment. 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。11 is a graph showing the relationship between the calculated heat quantity and the actual heat quantity in the third embodiment. 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。11 is a graph showing the relationship between the calculated heat quantity and the actual heat quantity in the third embodiment. 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。FIG. 10 is a schematic diagram showing a first configuration of a hydrogen gas concentration calculation device according to a fourth embodiment of the present invention. 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。FIG. 10 is a schematic diagram showing a second configuration of a hydrogen gas concentration calculation device according to a fourth embodiment of the present invention. 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。10 is a graph showing measurement results obtained by a second configuration of the hydrogen gas concentration calculation device according to the fourth embodiment of the present invention. 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。FIG. 10 is a diagram showing an example of a mixture ratio of an interference gas in a reference gas. 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。FIG. 10 is a diagram showing an example of a mixture ratio of an interference gas in a reference gas. 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。FIG. 10 is a diagram showing an example of a mixture ratio of an interference gas in a reference gas. 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。FIG. 10 is a diagram showing an example of a mixture ratio of an interference gas in a reference gas. 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。10 is a graph showing measurement results obtained by the first configuration of the hydrogen gas concentration calculation device according to the fourth embodiment of the present invention. 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。FIG. 10 is a schematic diagram showing a third configuration of a hydrogen gas concentration calculation device according to a fourth embodiment of the present invention. 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。10 is a graph showing measurement results obtained by a third configuration of the hydrogen gas concentration calculation device according to the fourth embodiment of the present invention. 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。10 is a table illustrating a measurement experiment using a third configuration of the hydrogen gas concentration calculation device according to the fourth embodiment of the present invention. 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。10 is a graph showing measurement results obtained by the first configuration of the hydrogen gas concentration calculation device according to the fourth embodiment of the present invention. 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。10 is a graph showing measurement results obtained by a third configuration of the hydrogen gas concentration calculation device according to the fourth embodiment of the present invention.

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。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First Embodiment
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 3. Figure 1 is a block diagram that schematically shows an example of the configuration and functions of a calorimetry device 10 according to the first embodiment.

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。 The calorific value measuring device 10 measures the calorific value of a target gas flowing, for example, through a gas pipeline 11 in the direction of the arrow in Figure 1, and includes a thermal conductivity converted calorific value measuring means 12 capable of measuring the calorific value obtained from the thermal conductivity of the target gas, and an output means 18. The gas pipeline 11 and the thermal conductivity converted calorific value measuring means 12 are connected by a gas flow path 19, and the target gas in the gas pipeline 11 is supplied to the thermal conductivity converted calorific value measuring means 12. The thermal conductivity converted calorific value measuring means 12 is disposed, for example, within an explosion-proof container 50.

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),エタンガス(C)、プロパンガス(C),ブタンガス(n-C10)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)ガス、窒素(N)ガスおよび二酸化炭素(CO)ガスのうちいずれか一つである。 Here, the gas to be measured by the calorific value measuring device 10 of this embodiment (target gas) is, for example, natural gas or biogas just produced from a gas field, and more specifically, a gas containing a first gas as the main component and a second gas that contributes to measurement error. More specifically, the first gas is, for example, a paraffinic hydrocarbon gas (e.g., methane gas (CH4), ethane gas ( C2H6 ), propane gas ( C3H8 ), butane gas (n- C4H10 ), etc.) whose calorific value, thermal conductivity, and refractive index have a specific correspondence relationship (specifically, the thermal conductivity is inversely proportional to the calorific value, and the refractive index is proportional to the calorific value), and the second gas is any one of hydrogen gas ( H2 ), nitrogen gas ( N2 ), and carbon dioxide ( CO2 ) , whose calorific value, thermal conductivity, and refractive index do not have a specific correspondence relationship.

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。The thermal conductivity converted calorific value measuring means 12 has a thermal conductivity measuring means 13, and calculates the calorific value of the target gas by correcting for errors due to the second gas based on a relational equation showing the correlation between the output measured by the thermal conductivity measuring means, which is obtained in advance for multiple reference first gases, and the actual calorific value. The thermal conductivity converted calorific value measuring means 12 has, for example, a thermal conductivity measuring means 13, a correction means 14 for realizing the calorific value measurement function, and a converted calorific value calculation means 15.

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。 The thermal conductivity measuring means 13 is a conventionally known thermal conductivity calorimeter that can measure the thermal conductivity of the target gas using a signal (voltage applied to the thermal conductivity measuring means 13) output from an external device (such as a power supply) 17.

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。 The correction means 14 has a difference calculation means 141 and a correction output value calculation means 142, and has the function of correcting the error caused by the presence of a second gas when calculating the calorific value of the target gas.

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。 The converted heat quantity calculation means 15 has the function of acquiring (calculating) the heat quantity of the target gas based on a relational expression showing the correlation between the output of the thermal conductivity measurement means 13 and the actual heat quantity. For target gases consisting only of a first gas (paraffinic hydrocarbon gas), the output measured by the thermal conductivity measurement means 13 and the actual heat quantity have a predetermined correlation; however, if the first gas contains a second gas (interfering gas), the resulting error results in a value that deviates from this correlation. Therefore, the correction means 14 corrects the output measured by the thermal conductivity measurement means 13, and the converted heat quantity calculation means 15 calculates the heat quantity of the target gas based on the corrected value.

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。 Although not shown in the figure, the calorific value measuring device 10 has a known configuration including a data transmission path, calculation means, control means, memory means, etc., and these work together with the various means (functions) of the thermal conductivity conversion calorific value measuring means 12 to measure and calculate the target gas.

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。 The calculated calorific value can be output to the outside via the output means 18. The output means 18 is, for example, a display means, a printing means, or a transmission means capable of outputting (transmitting) predetermined data via communication with the outside. The calorific value measuring device 10 may also be provided with a separate communication means capable of transmitting and receiving predetermined data to and from external devices.

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](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。 Referring to Figure 2, the correction of errors due to the inclusion of a second gas will be described. This figure is a graph showing the relationship between the output of the thermal conductivity measuring means 13 and the actual calorific value for multiple types of reference gases (reference gases), with (A) being the graph before correction for errors due to the inclusion of the second gas, and (B) being the graph after correction. The vertical axis represents the calorific value [MJ/ Nm3 ] (hereinafter also referred to as "true calorific value") of each reference gas obtained by analysis using, for example, a gas chromatograph, and the horizontal axis represents the output results of measurement of each reference gas by the thermal conductivity measuring means 13. Here, the case where the second gas is hydrogen gas is shown as an example.

「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XT.C.であり、本実施形態ではこれを「規格化出力XT.C.」、または単に「出力XT.C.」という場合もある。同図において、規格化出力XT.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。 The "reference gases" are all mixed gases in which methane gas is added with another component at different ratios, and refer to gases whose composition (concentration, mixing ratio) and true calorific value are known. The other components added are paraffinic hydrocarbon gases, such as ethane, propane, and butane, and hydrogen gas. The methane gas concentration is 100 vol% to 80 vol%, and the concentrations of the other components are 0 vol% to 20 vol%. Note that in the figure, the output measured by the thermal conductivity measuring means 13 for a gas with a methane gas concentration of 100 vol% (pure methane gas) is "0," and the output of the thermal conductivity measuring means 13 is standardized (normalized) so that the output and true calorific value are shown to have an approximately linear relationship. In other words, the thermal conductivity meter output on the horizontal axis in the figure is the standardized (normalized) output X T.C. of the thermal conductivity measuring means 13. In this embodiment, this is sometimes referred to as "normalized output X T.C. " or simply "output X T.C. " In the figure, as the normalized output X T.C. moves away from the point "0" (increases or decreases), the concentration of methane gas decreases in increments of 2.5 vol%, and the concentration of the added component increases.

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)XT.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)XT.Cと、それぞれの熱量真値をプロットしたものである。 1A is a plot of the output (normalized output) X T.C of the thermal conductivity measuring means 13 when the voltage applied to the thermal conductivity measuring means 13 is 0.5 V, the output (normalized output) X T.C of the thermal conductivity measuring means 13 when the voltage applied to the thermal conductivity measuring means 13 is 1.0 V, and the true calorific value of each, for these multiple types of reference gases.

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-C)の結果であり、この場合、横軸の出力XT.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。 Specifically, the plots marked with triangles represent the results for a mixed gas of methane and ethane gas (CH 4 —C 2 H 6 ) when the applied voltage is 1.0 V. In this case, mixed gases in which the methane gas concentration decreases in increments of 2.5 vol% (97.5 vol% methane gas - 2.5 vol% ethane gas, 95 vol% methane gas - 5 vol% ethane gas, 92.5 vol% methane gas - 7.5 vol% ethane gas, etc.) are shown as the output XT.C on the horizontal axis increases from "0" (pure methane gas).

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-C)の結果であり、横軸の出力XT.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。 The plots marked with a triangle represent the results for a mixed gas of methane and ethane gas (CH 4 -C 2 H 6 ) when an applied voltage of 0.5 V is used. As the output XT.C on the horizontal axis increases from "0" (pure methane gas), mixed gases are shown in which the methane gas concentration decreases in 2.5 vol% increments (97.5 vol% methane gas - 2.5 vol% ethane gas, 95 vol% methane gas - 5 vol% ethane gas, 92.5 vol% methane gas - 7.5 vol% ethane gas, etc.).

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-C)、■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-C)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-C10)、◆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-C10)の結果である。 Similarly, the plots marked with squares represent the results for a mixed gas of methane and propane gas (CH 4 -C 3 H 8 ) when an applied voltage of 1.0 V is used, the plots marked with double squares represent the results for a mixed gas of methane and propane gas (CH 4 -C 3 H 8 ) when an applied voltage of 0.5 V is used, the plots marked with diamonds represent the results for a mixed gas of methane and butane gas (CH 4 -C 4 H 10 ) when an applied voltage of 1.0 V is used, and the plots marked with diamonds represent the results for a mixed gas of methane and butane gas (CH 4 -C 4 H 10 ) when an applied voltage of 0.5 V is used.

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-H)、●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-H)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XT.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。 The plots marked with circles indicate the results for a mixed gas of methane and hydrogen gas (CH 4 -H 2 ) when an applied voltage of 1.0 V is used, and the plots marked with black circles indicate the results for a mixed gas of methane and hydrogen gas (CH 4 -H 2 ) when an applied voltage of 0.5 V is used. When hydrogen gas (interference gas) is added, mixed gases are shown in which the methane gas concentration decreases in 2.5 vol% increments (97.5 vol% methane gas - 2.5 vol% hydrogen gas, 95 vol% methane gas - 5 vol% hydrogen gas, 92.5 vol% methane gas - 7.5 vol% hydrogen gas, etc.) as the output X T.C on the horizontal axis decreases from "0" (pure methane gas).

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XT.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-H)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XT.Cおよび熱量真値は減少することが分かった。 As shown in Figure 1A, in the case of a reference gas consisting only of paraffinic hydrocarbon gas, the output XT.C and true calorific value of the thermal conductivity measuring means 13 increase as the amount of components added to the methane gas increases, regardless of the gas components. On the other hand, in the case of a reference gas (( CH4 - H2 ) gas) in which an interference gas (hydrogen gas) is added to methane gas, the output XT.C and true calorific value of the thermal conductivity measuring means 13 decrease as the amount of hydrogen gas component increases.

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XT.Cの差異はない(少ない)一方、水素ガスを含む基準ガス((CH-H)ガス)の場合は、出力XT.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。 Furthermore, in the case of a reference gas consisting only of paraffinic hydrocarbon gas, regardless of differences in the gas components, there is generally no (small) difference in the output XT.C due to differences in the voltage applied to the thermal conductivity measuring means 13, whereas in the case of a reference gas containing hydrogen gas ((CH 4 -H 2 ) gas), a difference occurs in the output XT.C (an output difference occurs), and it was found that the output difference is linear with respect to the concentration of hydrogen gas.

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。 Based on these findings, the applicant believed that it would be possible to calculate the calorific value of a target gas in which methane gas is mixed with hydrogen gas, even if the concentration of the contained hydrogen gas is unknown, by correcting for errors due to hydrogen gas, and thus achieved the present invention.

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XT.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。
The calorific value measuring device 10 (e.g., the thermal conductivity converted calorific value measuring means 12) acquires in advance a relational expression (a linear relational expression shown by a solid line in FIG. 2) that indicates the correlation between the output XT.C from the thermal conductivity measuring means 13 and the true calorific value for a reference gas consisting solely of paraffinic hydrocarbon gas, and stores the relational expression in a storage means. The relational expression is shown in the following Equation 1, and hereinafter this relational expression will be referred to as the "calorific value calculation equation."
is.

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XT.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XT.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)。 2, in the case of a reference gas containing hydrogen gas, the plot deviates from the straight line of the calorific value calculation formula, and therefore the correction means 14 corrects the output XT.C of the thermal conductivity measuring means 13 so that the plot fits onto the straight line of the calorific value calculation formula. In detail, the correction means 14 has a difference calculation means 141 that calculates the difference (output difference) between the outputs XT.C measured by applying different voltages to the thermal conductivity measuring means 13 for a certain target gas, and a corrected output value calculation means 142 that calculates a corrected output value of the target gas using a correction formula set based on the difference (see FIG. 1).

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。 The difference calculation means 141 calculates the difference (hereinafter referred to as the "output difference") between the first output obtained by applying a first voltage (e.g., 1.0 V) to the thermal conductivity measuring means 13 and the second output obtained by applying a second voltage (e.g., 0.5 V).

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XT.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)」という)を求める補正式は、以下の式2で示される。
である。
The corrected output value calculation means 142 corrects the output XT.C (measurement result of the first output) of the thermal conductivity measurement means 13 when the first voltage is applied using a correction formula based on the output difference. The correction formula is set according to the type of the second gas and is stored in the storage means of the calorimetry device 10 (e.g., the thermal conductivity converted calorimetry measurement means 12). For example, the correction formula for finding the corrected output value (hereinafter referred to as the "corrected output value ( H2 )") when the second gas is hydrogen gas is shown in Equation 2 below.
is.

水素ガスを含む基準ガスについて、補正出力値(H)を規格化出力XT.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-H)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)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)を熱量算出式の出力XT.Cに代入することで対象ガスの熱量Q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。 2B shows the result of plotting the corrected output value (H 2 ) as normalized output XT.C on the horizontal axis for a reference gas containing hydrogen gas. This correction corrects the error when hydrogen gas is included, and the plot of the reference gas ((CH 4 -H 2 ) gas) containing hydrogen gas is placed on the straight line of the calorific value calculation formula (Equation 1). In other words, in actual measurement of the target gas, the converted calorific value calculation means 15 calculates the calorific value QA of the target gas by substituting the corrected output value (H 2 ) for the output XT.C of the calorific value calculation formula based on the corrected output value (H 2 ) and the calorific value calculation formula of Equation 1 (a linear relationship shown by a straight line in FIG. 2B). The calculated calorific value is configured to be output via output means 18.

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XT.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-C)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-C)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-C10)ガスである。 Next, the calorific value calculation method of this embodiment will be described. First, a relational expression (calorific value calculation expression (Equation 1)) showing the correlation between the measured value (output X T.C ) by the thermal conductivity measuring means 13 and the actual calorific value is obtained for a reference gas consisting only of a plurality of paraffinic hydrocarbon gases (a mixed gas obtained by adding other paraffinic hydrocarbon gases to methane gas in different proportions) from among various reference gases. Specifically, the first gas is, for example, a plurality of (CH 4 -C 2 H 6 ) gases having different concentrations of methane gas and ethane gas, a plurality of (CH 4 -C 3 H 8 ) gases having different concentrations of methane gas and propane gas, or a plurality of (CH 4 -C 4 H 10 ) gases having different concentrations of methane gas and butane gas.

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%)。 Here, the concentrations of the other components are, for example, 0 vol% to 20 vol%, and are changed in increments of 2.5 vol% (the concentration of methane gas is, for example, 100 vol% to 80 vol%).

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)。For each of these first gases, the true calorific value of each mixed gas obtained by analysis using, for example, a gas chromatograph and the output measured by the thermal conductivity measuring means 13 are obtained. The output of the thermal conductivity measuring means 13 is then normalized so that the output of a gas with a methane gas concentration of 100 vol% (pure methane gas) is "0" and a nearly linear relationship is shown between the output and the true calorific value, and a calorific value calculation formula (Equation 1) showing the correlation between the two is obtained (see the solid line in Figure 2(A)).

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。Next, during measurement, the target gas (e.g., methane gas containing hydrogen gas) flowing through the gas pipeline 11 is supplied to the thermal conductivity converted calorific value measuring means 12 via the gas flow path. The thermal conductivity converted calorific value measuring means 12 then calculates the calorific value of the target gas based on the calorific value calculation formula (Equation 1 above), correcting for errors caused by the second gas (hydrogen gas). This calorific value is the calorific value obtained from the thermal conductivity, and can also be referred to as the thermal conductivity converted calorific value.

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。Specifically, a first voltage (e.g., 1.0 V) is applied to the thermal conductivity measuring means 13 to measure the target gas and obtain a first output. Next, a second voltage (e.g., 0.5 V) is applied to the thermal conductivity measuring means 13 to measure the same target gas and obtain a second output.

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)(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XT.C)を算出する。そして、当該補正出力値(H)を熱量算出式(式1)の規格化出力XT.Cに代入し、対象ガスの熱量Qを算出する(図2(B)参照)。 Next, the difference (output difference) between the first output and the second output is calculated. Then, a correction formula set for each type of second gas (in the case of hydrogen gas, the correction formula 2 above) is used to calculate a corrected output value ( H2 ) of the target gas (normalized output XT.C of the thermal conductivity measuring means 13 after correcting for errors due to hydrogen gas). Then, the corrected output value ( H2 ) is substituted for the normalized output XT.C in the calorific value calculation formula (Formula 1) to calculate the calorific value QA of the target gas (see FIG. 2(B)).

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。 The above example shows the case where the second gas (interfering gas) is hydrogen gas, but the same procedure can be carried out even if the second gas is nitrogen gas or carbon dioxide gas.

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-N)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-N)ガス)である。 3 is a diagram illustrating the correction of errors due to the inclusion of a second gas when the second gas is nitrogen gas, and is a graph showing the relationship between the output result of the thermal conductivity measuring means 13 corresponding to FIG. 2 and the true calorific value. (A) in FIG. 3 is the graph before correction of errors due to the inclusion of a second gas in various reference gases, and (B) in FIG. 3 is the graph after correction. The graph is the same as FIG. 2 except that hydrogen gas is replaced with nitrogen gas. The plots marked with a ▽ symbol in the graph represent the results for a reference gas ((CH 4 -N 2 ) gas) in which nitrogen gas is contained in methane gas when the applied voltage is 1.0 V, and the plots marked with a ▼ symbol represent the results for a reference gas ((CH 4 -N 2 ) gas) when the applied voltage is 0.5 V.

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XT.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。 In this case, as well, the process is similar to that for hydrogen gas, and detailed description will be omitted, but based on FIG. 3A, a relational equation (calorific value calculation equation (Equation 1)) showing the correlation between the measurement value (output X T.C ) of the thermal conductivity measuring means 13 and the actual calorific value (true calorific value) is obtained for a reference gas consisting of only a plurality of paraffinic hydrocarbon gases (a mixed gas in which methane gas is added with other paraffinic hydrocarbon gases in different proportions) from among various reference gases.

そして、(CH-N)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XT.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)」という)を求める補正式は、以下の式3で示される。
である。
Then, for (CH 4 -N 2 ) gas, the output XT.C of the thermal conductivity measuring means 13 is corrected using a correction formula based on the correlation between the output difference due to differences in applied voltage to the thermal conductivity measuring means 13 and the true calorific value. For example, the correction formula for finding the corrected output value (hereinafter referred to as "corrected output value (N 2 )") when the second gas is nitrogen gas is shown in Equation 3 below.
is.

この補正出力値(N)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-N)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)を熱量算出式のXT.C.に代入することで対象ガスの熱量Qが算出できる。 By plotting this corrected output value (N 2 ) on the horizontal axis, the error when nitrogen gas is included is corrected, and the plot of the reference gas containing nitrogen gas ((CH 4 -N 2 ) gas) will be on the straight line of the calorific value calculation formula (Formula 1). In other words, in the case of an actual target gas containing nitrogen gas, the calorific value QA of the target gas can be calculated by substituting the corrected output value (N 2 ) for X T.C. in the calorific value calculation formula.

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)」という)を求める補正式は、以下の式4で示される。
である。
Although not shown in the figure, the correction formula for calculating the corrected output value (hereinafter referred to as the "corrected output value ( H2 )") when the second gas is carbon dioxide gas using a method similar to that used for hydrogen gas and nitrogen gas described above is shown in Equation 4 below.
is.

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。 In other words, the calorimetry device 10 of this embodiment stores in its memory means at least one of the correction formulas shown in Equations 2 to 4 above.

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。 As described above, the calorific value measuring device 10 of this embodiment enables highly accurate measurement of the calorific value of a target gas whose main component is paraffinic hydrocarbon gas and contains one of hydrogen gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas as an interference gas, using a simple configuration. For example, even if the target gas contains an interference gas (here, hydrogen gas) whose calorific value does not have a specific correspondence relationship with the thermal conductivity and refractive index, errors due to the presence of the interference gas can be eliminated and the calorific value can be measured with high accuracy.

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。 In particular, when hydrogen gas is included as an interfering gas, calorimetry based on thermal conductivity was previously almost impossible, but this embodiment makes it possible to perform measurements based on thermal conductivity.

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。 Furthermore, even when nitrogen or carbon dioxide is present, the calorific value can be calculated using the measurement results of a thermal conductivity meter alone, which allows for the device to be made smaller and its configuration simplified, resulting in lower prices.

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。 Furthermore, by configuring the device to hold all of the above equations 2 to 4, it becomes possible to measure the calorific value of target gases that contain hydrogen gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas as interference gases.

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。 In the above, this embodiment has been described as an example of measuring a target gas that contains a first gas as a main component and a second gas, but the calorific value measuring device 10 of this embodiment can also measure gases that contain only the first gas (paraffinic hydrocarbon gas). In addition to these, it can also measure target gases such as coke oven gas (COG), coal gasification, and naphtha gasification (all of which contain hydrogen gas and nitrogen gas as the second gas).

<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-H-N)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-H-CO)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-H-N-CO)ガス)の熱量測定が可能である。
Second Embodiment
A second embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 4 to 9. The target gas to be measured in the second embodiment is also natural gas, biogas, etc., but while the first embodiment measures a target gas containing one type of interference gas, the second embodiment is capable of measuring the calorific value of a target gas containing two types of interference gases (one of which is hydrogen gas) while reducing the influence (error) of these gases. In other words, the target gas is a gas that contains a first gas (paraffinic hydrocarbon gas) as the main component and also contains a third gas (hydrogen gas) and a fourth gas (at least one of nitrogen gas and carbon dioxide gas) that cause measurement error. Specifically, it is possible to measure the calorimetry of, for example, a mixed gas of methane gas, hydrogen gas, and nitrogen gas (CH 4 —H 2 —N 2 gas), or a mixed gas of methane gas, hydrogen gas, and carbon dioxide gas (CH 4 —H 2 —CO 2 gas), or a mixed gas of methane gas, hydrogen gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas (CH 4 —H 2 —N 2 —CO 2 gas).

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。 Figure 4 shows an overview of the calorimetry device 30 of the second embodiment, where (A) is a block diagram showing an overview of the overall configuration, and (B) is a schematic diagram showing the refractive index converted calorimetry measurement means 32. In the following explanation, the same components as in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and their explanation will be omitted.

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。As shown in Figure 1A, the calorific value measuring device 30 measures the calorific value of a target gas flowing, for example, through a gas pipeline 11 in the direction of the arrow in Figure 1A. It includes a thermal conductivity converted calorific value measuring means 31 capable of measuring a thermal conductivity converted calorific value obtained from the thermal conductivity of the target gas, a refractive index converted calorific value measuring means 32 capable of measuring a refractive index converted calorific value obtained from the refractive index of the target gas, a calorific value calculating means 33, and an output means 18. The gas pipeline 11, the thermal conductivity converted calorific value measuring means 31, and the refractive index converted calorific value measuring means 32 are each connected by a gas flow path 19, and the target gas in the gas pipeline 11 is supplied to the thermal conductivity converted calorific value measuring means 31 and the refractive index converted calorific value measuring means 32, respectively. The thermal conductivity converted calorific value measuring means 31, the refractive index converted calorific value measuring means 32, and the calorific value calculating means 33 are disposed, for example, within an explosion-proof container 50.

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XT.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。 The thermal conductivity converted calorific value measurement means 31 includes, for example, a thermal conductivity measurement means 13, a correction means 14 for implementing the thermal conductivity converted calorific value measurement function, and a converted calorific value calculation means (thermal conductivity converted calorific value calculation means) 15. Based on a relational expression showing the correlation between the output XT.C measured by the thermal conductivity measurement means 13 for a plurality of first gases and the actual calorific value, the thermal conductivity converted calorific value QA can be calculated by correcting for errors due to the third gas and the fourth gas. In other words, the calorific value measurement device 30 (thermal conductivity converted calorific value measurement means 31) stores in its memory means at least correction equations capable of correcting errors for at least the third gas (hydrogen gas in this example) and the fourth gas (e.g., nitrogen gas). The rest of the configuration of the thermal conductivity converted calorific value measurement means 31 is similar to that of the thermal conductivity converted calorific value measurement means 12 of the first embodiment.

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。 The correction means 14 has a difference calculation means 143 (141) and a correction output value calculation means 142, and has the function of correcting errors caused by the presence of interfering gases (third gas (hydrogen gas) and fourth gas) when calculating the thermal conductivity converted heat quantity of the target gas.

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XT.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。 The thermal conductivity converted heat quantity calculation means 15 has a function of acquiring (calculating) the thermal conductivity converted heat quantity of the target gas based on a relational expression (heat quantity calculation formula shown in Equation 1 above) showing the correlation between the output XT.C measured by the thermal conductivity measurement means 13 and the actual heat quantity. That is, the thermal conductivity converted heat quantity QA of the target gas is acquired (calculated) based on a value (corrected output value) corrected by the correction means 14 for errors due to the inclusion of interference gases in the target gas and the heat quantity calculation formula (Equation 1) obtained from the thermal conductivity . Here, in the second embodiment, the heat quantity calculation formula obtained from the thermal conductivity (linear relational expression (Equation 1) shown by a straight line in FIG. 2(B)) is referred to as the first heat quantity calculation formula.

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を測定する構成の装置(屈折率式熱量計)である。 The refractive index converted calorific value measuring means 32 is a device (refractive index calorimeter) configured to detect the difference in the refractive index of light between, for example, a target gas and a standard gas such as air as a displacement of interference fringes using a signal (applied voltage) output from an external device (such as a power supply) 34, and to measure the refractive index converted calorific value QB of the target gas based on the amount of displacement of the interference fringes.

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。 Figure 1B shows a specific example of a device constituting the refractive index converted calorimetry means 32. The refractive index converted calorimetry means 32, for example, includes a chamber 321 divided into a target gas cell 322 for introducing a target gas and standard gas cells 323A and 323B for filling the chamber with a standard gas such as air; a plane-parallel mirror 325 for splitting light from a light source 324; a prism 328 positioned and adjusted so that the light split by the plane-parallel mirror 325, passing through the chamber 321, is reflected to change its direction, and the light passes through the chamber 321 again before being superimposed on the plane-parallel mirror 325 to produce interference fringes; and an interference fringe detection means 326 for receiving the combined light (interference light) superimposed on the plane-parallel mirror 325. The refractive index converted calorimetry means 322 further includes a plane mirror 327 for reflecting the combined light and a condenser lens 329 for focusing the combined light, with the interference fringe detection means 326 positioned at the focal point of the condenser lens 329. The dashed-dotted arrow indicates the path of light from the light source 324 until it is received by the interference fringe detection means 326 .

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と、屈折率換算熱量Q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。 Referring to FIG. 10A, the heat quantity calculation means 33 calculates the heat quantity of the target gas using the thermal conductivity converted heat quantity QA , the refractive index converted heat quantity QB , a coefficient for correcting an error due to a fourth gas (at least one of nitrogen gas and carbon dioxide gas), and a formula for calculating the heat quantity (hereinafter referred to as the "second heat quantity calculation formula") described below.

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。 In the second embodiment, although not shown, the calorific value measuring device 30 has a known configuration including a data transmission path, a calculation means, a control means, a memory means, etc., and these work together with the various means (functions) of the thermal conductivity conversion calorific value measuring means 12 to measure and calculate the target gas.

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。 The calculated calorific value can be output to the outside via the output means 18. The output means 18 is, for example, a display means, a printing means, or a transmission means capable of outputting (transmitting) predetermined data via communication with the outside. The calorific value measuring device 30 may also be provided with a separate communication means capable of transmitting and receiving predetermined data to and from external devices.

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XT.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]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)XT.Cである。 Referring to Figure 5, correction of errors due to the inclusion of interference gases (third gas and fourth gas) will be described. This figure is a graph showing the relationship between the output XT.C of the thermal conductivity measuring means 13 and the true calorific value for various reference gases. Figure 5(A) is the graph before correction of errors due to the inclusion of one interference gas in the various reference gases, and Figure 5(B) is the graph after correction of errors due to the inclusion of hydrogen gas when the only interference gas is hydrogen gas (correction by the correction means 14 having the difference calculation means 141 that corrects errors due to hydrogen gas in the first embodiment). The vertical axis represents the true calorific value [MJ/ Nm3 ] of the various reference gases obtained by analysis using, for example, a gas chromatograph, and the horizontal axis represents the output (normalized output) XT.C measured by the thermal conductivity measuring means 13 for the various reference gases.

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。As previously mentioned, the various reference gases are all mixtures of methane gas with one other component added in different proportions, with known compositions (concentrations) and true calorific values. The other components added are paraffinic hydrocarbon gases (ethane, propane, and butane), as well as interference gases (hydrogen, nitrogen, and carbon dioxide). The methane gas concentration is between 100 vol% and 80 vol%, and the concentrations of the other components are between 0 vol% and 20 vol%.

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。 Here, data for cases where the interfering gas is not carbon dioxide gas is reproduced from Figures 2 and 3 of the first embodiment. That is, Figure 2(A) shows the data for Figure 2(A) when the interfering gas is hydrogen gas only, and Figure 3(A) when the interfering gas is nitrogen gas only, with additional data for when the interfering gas is carbon dioxide gas only. Furthermore, the data for hydrogen gas in Figure 2(B) is the same as Figure 2(B). The rest of the data is the same as in the first embodiment, except for the data for when the interfering gas is carbon dioxide gas only, and redundant explanations will be omitted.

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-CO)の結果であり、この場合、横軸の出力XT.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。 A specific example of a reference gas containing carbon dioxide will be described below. The plot marked with a star represents the results for a mixed gas of methane and carbon dioxide ( CH4 - CO2 ) when an applied voltage of 1.0 V is used. In this case, mixed gases in which the methane concentration decreases in 2.5 vol% increments (97.5 vol% methane - 2.5 vol% carbon dioxide, 95 vol% methane - 5 vol% carbon dioxide, 92.5 vol% methane - 7.5 vol% carbon dioxide, etc.) are shown as the output XT.C on the horizontal axis increases from "0" (pure methane gas).

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-CO)の結果であり、横軸の出力XT.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。 The plots marked with * represent the results for a mixed gas of methane gas and carbon dioxide ( CH4 - CO2 ) when the applied voltage is 0.5V, and show mixed gases in which the methane gas concentration decreases in 2.5 vol% increments (methane gas 97.5 vol% - carbon dioxide gas 2.5 vol%, methane gas 95 vol% - carbon dioxide gas 5 vol%, methane gas 92.5 vol% - carbon dioxide gas 7.5 vol%, etc.) as the output XT.C on the horizontal axis increases from "0" (pure methane gas).

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。 The calorific value measuring device 10 of the first embodiment is configured to be able to measure the calorific value after correcting for errors due to interference gases when the target gas is paraffinic hydrocarbon gas and contains one type of interference gas selected from hydrogen gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas. In contrast, the calorific value measuring device 30 of the present embodiment is equipped with a refractive index converted calorific value measuring means 32 in addition to a thermal conductivity converted calorific value measuring means 31, thereby making it possible to measure the calorific value of target gases containing hydrogen gas and other types of interference gases after correcting for errors due to interference gases.

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XT.Cを補正する)ために、規格化出力XT.Cの出力差<0の場合に、上述の式2を用いて規格化出力XT.Cを補正する。一方、規格化出力XT.Cの出力差>0の場合は、規格化出力XT.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。
Specifically, in order to eliminate errors due to hydrogen gas (to correct the normalized output XT.C in the case of hydrogen gas only), if the output difference of the normalized output XT.C is less than 0, the normalized output XT.C is corrected using the above-mentioned formula 2. On the other hand, if the output difference of the normalized output XT.C is greater than 0, the normalized output XT.C is not corrected (the following formula 5 is used as the corrected output value).
The above formulas 2 and 5 are stored in a storage means of the calorimetry device 30 (for example, the thermal conductivity conversion calorimetry means 31).

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。 The results of plotting the corrected output values for these various reference gases on the horizontal axis are shown in Figure 1(B). The linear relationship shown by the straight line in Figure 1(B) is the calorific value calculation formula (the first calorific value calculation formula shown in Equation 1) obtained from thermal conductivity, which eliminates the error caused by the inclusion of only hydrogen gas as an interfering gas.

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。 6A shows the results of measurements of the various reference gases described above using the refractive index converted calorific value measuring means 32, with the vertical axis representing the refractive index converted calorific value QB and the horizontal axis representing the refractive index. As shown in the figure, for mixed gases consisting only of paraffinic hydrocarbon gases and mixed gases containing only hydrogen gas as an interference gas, the refractive index converted calorific value and the refractive index have a linear relationship (proportional relationship) as shown by the straight line in the figure, regardless of the composition (concentration). On the other hand, for mixed gases containing only nitrogen gas and only carbon dioxide gas, the relationship deviates from the linear relationship.

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XT.C)を調整したグラフである。 5B shows the results of measuring the various reference gases described above using the thermal conductivity converted calorific value measuring means 31 that holds the first calorific value calculation formula (and has the difference calculation means 141 that corrects the error for hydrogen gas in the first embodiment), and the horizontal axis (normalized output X T.C ) has been adjusted so that the linear relationship (slope of the line) shown in the graph of FIG . 5B is aligned with the linear relationship (slope of the line) in FIG. 6A.

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。 From Figures 1A and 1B, it is possible to determine the ratio of the error when measuring a gas containing nitrogen gas using the thermal conductivity converted calorimetry means 31 to the error when measuring it using the refractive index converted calorimetry means 32. It is also possible to determine the ratio of the error when measuring a gas containing carbon dioxide gas using the thermal conductivity converted calorimetry means 31 to the error when measuring it using the refractive index converted calorimetry means 32. Because these measurement error ratios have a predetermined relationship, this relationship can be used to correct errors when only nitrogen gas is included as an interference gas (when hydrogen gas is not included, or when hydrogen gas is included but the error is corrected) and when only carbon dioxide gas is included (when hydrogen gas is not included, or when hydrogen gas is included but the error is corrected).

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。
More specifically, by using an appropriate correction coefficient CF corresponding to the composition of the target gas in the second calorific value calculation formula shown in the following formula 6, which is stored in the storage means of the calorific value measuring device 10, the calorific value calculation means 33 corrects errors due to the presence of interference gases other than hydrogen gas (nitrogen gas and/or carbon dioxide gas) to calculate the calorific value Q of the target gas. This correction of errors due to the presence of nitrogen gas and/or carbon dioxide gas is described in detail in a patent (Japanese Patent No. 5308842) by the applicant of the present application.
is.

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。 The value of the correction coefficient CF is 2.91≦correction coefficient CF≦3.75, and more preferably 2.96≦correction coefficient CF≦3.15.

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。 By applying the correction coefficient CF in the above-mentioned range to this second calorific value calculation formula (Equation 6), even when hydrogen gas is included as an interfering gas, for which error correction was previously not possible (or difficult), the influence of that error can be reduced and the calorific value Q of the target gas can be measured (calculated).

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]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。 7 is a graph verifying the measurement results obtained by the calorific value measuring device 30 of this embodiment (having the difference calculation means 141 of the first embodiment) for a plurality of reference gases with known compositions. The vertical axis of the graph represents the true calorific value [MJ/ Nm3 ] obtained by analysis using, for example, a gas chromatograph, and the horizontal axis represents the measured value (measured calorific value) by the calorific value measuring device 30. The solid line in the graph represents the second calorific value calculation formula shown in Equation 6.

同図において、(CH-C)ガスを△印、(CH-C)ガスを□印、(CH-C10)ガスを◇印、(CH-H)ガスを〇印、(CH-N)ガスを▽印、(CH-CO)ガスを☆印、(CH-H-N)ガスを▼印、(CH-H-CO)ガスを★印、(CH-H-C)ガスを▲印のプロットで示している。 In the figure, ( CH4 - C2H6 ) gas is represented by a △ mark, ( CH4 - C3H8 ) gas by a square mark, ( CH4 - C4H10 ) gas by a ◇ mark, ( CH4 - H2 ) gas by a circle mark, ( CH4 - N2 ) gas by a ▽ mark, ( CH4 - CO2 ) gas by a star mark, ( CH4 - H2 - N2 ) gas by a ▼ mark, ( CH4 - H2 - CO2 ) gas by a ★ mark, and ( CH4 - H2 - C2H6 ) gas by a ▲ mark.

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-H-N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-H-N)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。 As is clear from these results, the calorific value measuring device 30 of this embodiment can reduce the influence of errors due to interference gases and measure the calorific value Q for a mixed gas that contains paraffinic hydrocarbon gas as the main component, hydrogen gas as an interference gas, and either nitrogen gas or carbon dioxide gas (e.g., ( CH4 - H2 - N2 gas)), or a gas in which paraffinic hydrocarbon gas is mixed with hydrogen gas and carbon dioxide gas as interference gases (e.g., ( CH4 - H2 - N2 ) gas), even if the composition of each gas is unknown.

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-Nガス))、メタンガスと二酸化炭素ガスの混合ガス(CH-CO)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-N-CO)ガス)のいずれかについても熱量の測定は可能である。 In this embodiment, since calorific value measurement can be performed while excluding error components due to hydrogen gas (assuming no hydrogen gas is included), it is naturally possible to measure target gases that do not contain hydrogen gas. For example, as shown in Figure 7, calorific value measurement is possible for target gases that contain at least one of nitrogen gas and carbon dioxide gas as an interference gas (specifically, for example, a mixed gas of methane gas and nitrogen gas (( CH4 - N2 gas)), a mixed gas of methane gas and carbon dioxide gas ( CH4 - CO2 ), or a mixed gas of methane gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas ( CH4 - N2 - CO2 ) gas, although not shown).

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-H-C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。 As shown in the figure, in the case of a target gas containing two types of paraffinic hydrocarbon gases and hydrogen gas as an interference gas (specifically, for example, a mixed gas of methane gas, ethane, and hydrogen gas (CH 4 —H 2 —C 2 H 6 gas)), it is possible to correct the error due to the hydrogen gas and perform accurate calorimetry.

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を算出する。 Next, a calorific value calculation method according to the second embodiment will be described. For example, a target gas (e.g., methane gas containing hydrogen gas and nitrogen gas) flowing through the gas pipeline 11 is supplied to the thermal conductivity converted calorific value measuring means 31 via the gas flow path 19. The thermal conductivity converted calorific value measuring means 31 then calculates the thermal conductivity converted calorific value QA of the target gas based on the first calorific value calculation formula, correcting for errors due to the third gas (hydrogen gas).

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。Specifically, a first voltage (e.g., 1.0 V) is applied to the thermal conductivity measuring means 13 to measure the target gas and obtain a first output. Next, a second voltage (e.g., 0.5 V) is applied to the thermal conductivity measuring means 13 to measure the same target gas and obtain a second output.

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XT.Cに代入し、対象ガスの熱伝導率換算熱量Qを算出する。 Next, the difference (output difference) between the first output and the second output is calculated. Then, the corrected output value of the target gas (normalized output of the thermal conductivity measuring means 13 after correcting for errors due to hydrogen gas) is calculated using the correction formula shown in Equation 2 above. Then, the corrected output value is substituted as the normalized output value for the output XT.C in the first heat quantity calculation formula (Equation 1) to calculate the thermal conductivity converted heat quantity QA of the target gas.

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を取得する。そして、得られた屈折率換算熱量Qと、熱伝導率換算熱量Q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。 The target gas is supplied to the refractive index converted calorific value measuring means 32 via the gas flow path 19, and the refractive index converted calorific value QB of the target gas is obtained. Then, the calorific value Q of the target gas is calculated using the obtained refractive index converted calorific value QB , the thermal conductivity converted calorific value QA, and the second calorific value calculation formula shown in Equation 6 above.

<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。
Third Embodiment
A third embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 8 to 18. The third embodiment is an application of the first and second embodiments, and therefore, detailed descriptions of parts that overlap with the first and second embodiments will be omitted.

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XT.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。 As shown in Figure 7, when hydrogen gas and one other gas are included as interference gases, the effect of the error can be reduced, but there is still a deviation from the linear line representing the second calorific value calculation formula. This is thought to be because, as shown in Figure 5(A), when various reference gases include hydrogen gas and when they are other than hydrogen gas (nitrogen gas and carbon dioxide gas), the output difference in normalized output XT.C is in a negative and positive relationship, and the differences cancel each other out.

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XT.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-H-N)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XT.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-H-N)ガスについての規格化出力XT.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:N)で3:1、H:N=1:1、H:N=1:3、H:N=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-N)ガス、窒素ガス濃度:20vol%,メタンガス濃度:80vol%、すなわちH:N=0:10)についての規格化出力XT.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-H)ガス、水素ガス濃度:20vol%,メタンガス濃度:80vol%、すなわちH:N=10:0)についての規格化出力XT.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。 8 is a graph showing the effect of nitrogen gas on the difference in normalized output XT.C for a reference gas containing hydrogen gas and nitrogen gas as interference gases. The reference gas is methane gas (( CH4 - H2 - N2 ) gas (methane gas concentration: 80 vol%)) mixed with hydrogen gas and nitrogen gas as interference gases. The concentrations of hydrogen gas and nitrogen gas were varied for the reference gas, and the difference in normalized output XT.C (output difference) was obtained when voltages of 1.0 V and 0.5 V were applied. The colored circles represent the normalized output XT.C for ( CH4 - H2 - N2 ) gases with different concentrations of hydrogen gas and nitrogen gas. The graph shows the difference in normalized output XT.C for hydrogen gas to nitrogen gas ratios ( H2 : N2 ) of 3:1, H2 : N2 = 1:1, H2 : N2 = 1:3, and H2 : N2 = 1:9, with the results plotted in increasing color as the nitrogen gas content increases, from lowest to highest. The black circles represent the difference in normalized output XT.C for methane gas (( CH4 - N2 ) gas, nitrogen gas concentration: 20 vol%, methane gas concentration: 80 vol%, i.e., H2 : N2 = 0:10) mixed with only nitrogen gas as an interference gas . The open circles represent the difference in normalized output XT.C for methane gas (( CH4 - H2 ) gas, hydrogen gas concentration: 20 vol%, methane gas concentration: 80 vol%, i.e., H2 : N2 = 10:0) mixed with only hydrogen gas as an interference gas . The vertical axis represents the output difference [mA], and the horizontal axis represents the hydrogen gas concentration [vol%].

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XT.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。 When the interfering gas is hydrogen gas only, that is, when the solid line connecting the white circles (hereinafter referred to as the "hydrogen gas concentration-output difference relationship") is used as the reference, the difference in normalized output XT.C deviates from the solid line when nitrogen gas is included, as indicated by the colored circles. This deviation from the solid line is an error component caused by the presence of nitrogen gas. In other words, when hydrogen gas and nitrogen gas are included as interfering gases, differences occur in the normalized output XT.C of the reference gas depending on their concentrations, and it has become clear that differences occur in the error component depending on the concentration of nitrogen gas.

また、図9は、基準ガス((CH-H-N)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XT.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XT.C.を測定した。縦軸が規格化出力XT.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ガスとN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:N)=1:9の結果であり、同図(B)がH:N=1:3の結果であり、同図(C)がH:N=1:1の結果であり、同図(D)がH:N=3:2の結果であり、同図(E)がH:N=9:1の結果である。また、同図(F)がH:N=10:0の結果であり、すなわち、(CH-H)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。 FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the voltage applied to the thermal conductivity measuring means 13 and the normalized output XT.C. for a reference gas (( CH4 - H2 - N2 ) gas). The normalized output XT.C. was measured by changing the applied voltage for multiple reference gases (six in this case) with different ratios of hydrogen gas and nitrogen gas as interference gases. The vertical axis represents normalized output XT.C. , and the horizontal axis represents applied voltage. The concentration of the mixed gas of hydrogen gas and nitrogen gas (the total concentration of H2 gas and N2 gas) is 10 vol% for all reference gases. 10A shows the results for a hydrogen gas to nitrogen gas ratio (H 2 :N 2 ) of 1:9, 10B for a H 2 :N 2 ratio of 1:3, 10C for a H 2 :N 2 ratio of 1:1, 10D for a H 2 :N 2 ratio of 3:2, and 10E for a H 2 :N 2 ratio of 9:1. 10F for a H 2 :N 2 ratio of 10:0, i.e., the results for (CH 4 -H 2 ) gas (hydrogen gas concentration: 10 vol %, methane gas concentration: 90 vol %).

これらから、熱伝導率測定手段13への印加電圧と、(CH-H-N)ガスの規格化出力XT.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-H-N)ガスの規格化出力XT.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-H-N)ガスの規格化出力XT.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。
From these, it was found that the relationship between the applied voltage to the thermal conductivity measuring means 13 and the normalized output XT.C. of (CH 4 -H 2 -N 2 ) gas changes depending on the ratio of hydrogen gas to nitrogen gas, and that there is a correlation between the relationship between the applied voltage and the normalized output XT.C. of (CH 4 -H 2 -N 2 ) gas and the ratio of hydrogen gas and nitrogen gas. Specifically, the normalized output XT.C. of (CH 4 -H 2 -N 2 ) gas can be expressed as the following equation 7, which is a relational expression for the concentrations of hydrogen gas and nitrogen gas.
is.

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-H-N)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。 Therefore, if the concentrations of hydrogen gas and nitrogen gas in the interference gas are known, it is possible to eliminate the influence of nitrogen gas for each of the (CH 4 -H 2 -N 2 ) gases indicated by the colored circles in Figure 8, and perform corrections to match or approximate the hydrogen gas concentration-output difference relationship equation. Furthermore, with this correction, the thermal conductivity converted calorific value measuring means 12 can calculate the calorific value using the correction equation shown in Equation 2 (the correction equation when only hydrogen gas is included as an interference gas).

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-H-N)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-H-CO)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-H-N-CO)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。 8 and 9 show the relationship for a target gas ((CH 4 -H 2 -N 2 ) gas) containing a mixture of hydrogen gas and nitrogen gas as interference gases, but it has been found that the same applies to a target gas ((CH 4 -H 2 -CO 2 ) gas) containing a mixture of hydrogen gas and carbon dioxide gas as interference gases, and to a target gas ((CH 4 -H 2 -N 2 -CO 2 ) gas) containing a mixture of hydrogen gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas as interference gases. In other words, if the concentrations of hydrogen gas, nitrogen gas, and/or carbon dioxide gas in the interference gases are known, correction can be made to eliminate the influence of nitrogen gas and/or carbon dioxide gas and to match or approximate the hydrogen gas concentration-output difference relationship equation. Furthermore, with this correction, the thermal conductivity converted calorific value measurement means 12 can calculate the calorific value using the correction equation shown in Equation 2 (the correction equation when only hydrogen gas is included as an interference gas).

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XN2、および/または二酸化炭素ガス濃度XCO2)を「0」として計算すればよい。 Based on these findings, the applicant of the present application has investigated a method for calculating the concentration of an interference gas for a target gas containing hydrogen gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas as interference gases, where the composition and content of the interference gas are unknown, and has discovered the following method. This method first calculates the hydrogen gas concentration based on a certain relationship, and then calculates the nitrogen gas concentration and carbon dioxide gas concentration (their total value) based on the calculated hydrogen gas concentration. The hydrogen gas concentration can be calculated, for example, by the following first and second methods. In the calculation of each gas concentration described below, if either nitrogen gas or carbon dioxide gas is not included, the calculation can be performed by setting the corresponding concentration item (nitrogen gas concentration X N2 and/or carbon dioxide gas concentration X CO2 ) to "0."

≪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-H-N)ガス、(CH-H-CO)ガス、(CH-H-N-CO)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。
<First method for calculating hydrogen gas concentration>
The first method for calculating hydrogen gas concentration is a technique in which the hydrogen gas concentration is calculated from the probability that hydrogen gas is at a certain concentration. First, for a mixed gas containing at least hydrogen gas (specifically, (CH 4 -H 2 -N 2 ) gas, (CH 4 -H 2 -CO 2 ) gas, and (CH 4 -H 2 -N 2 -CO 2 ) gas) with methane gas as the reference gas, multiple gases are prepared in which the hydrogen gas concentration (index concentration) ai is varied from 0 to 20 vol% (41 values in 0.5 vol% increments), and the thermal conductivity and refractive index of each gas are measured. Then, the calculation parameters w and b for calculating the probability that hydrogen gas is at each concentration ai are obtained using the following equation 8. This results in an equation (the following equation 9) for calculating the probability that the hydrogen gas concentration is at each concentration ai. Here, equations 8 and 9 can be obtained, for example, by machine learning, but the method for deriving equations 8 and 9 is not limited to machine learning.
is.

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XH2が算出できる。 When calculating the concentration of a certain hydrogen gas, the thermal conductivity and refractive index (input signal x) of the hydrogen gas are measured using, for example, the thermal conductivity measuring means 13 and the refractive index converted calorimetry measuring means 32, and the probability that the hydrogen gas concentration is each of the 41 concentrations (concentrations that serve as indexes) ai is calculated using Equations 8 and 9. Then, the target hydrogen gas concentration XH2 can be calculated by multiplying each concentration ai by its probability f(ai) and adding them up.

≪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XT.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。
<<Second method of calculating hydrogen gas concentration/First hydrogen concentration calculation formula>>
The second method for calculating the hydrogen gas concentration is to obtain it from a hydrogen concentration calculation formula based on the relationship between the voltage applied to a thermal conductivity meter (for example, the thermal conductivity measuring means 13) and the normalized output X T.C.

図10は、(CH-H-N)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-H-N)ガスの規格化出力XT.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XT.C.、横軸が印加電圧[V]である。以下、同図(A)に示す6種の(CH-H-N)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dXT.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dXT.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。 FIG. 10 is a graph showing the relationship between the proportion of hydrogen gas in (CH 4 -H 2 -N 2 ) gas, the applied voltage to the thermal conductivity measuring means 13, and the normalized output XT.C. of (CH 4 -H 2 -N 2 ) gas. FIG. 10 (A) is a graph obtained by re-plotting FIGS. 9 (A) to 9 (F) into one diagram and fitting to a quadratic curve, with the vertical axis representing normalized output XT.C. and the horizontal axis representing applied voltage [V]. Hereinafter, the curves (or straight lines) for the six types of (CH 4 -H 2 -N 2 ) gas shown in FIG. 10 (A) are referred to as "output-voltage functions." FIG. 10 (B) is a graph plotting the slope of the output-voltage function shown in FIG. 10 (A) (the slope of the tangent in the case of a curve; hereinafter, simply referred to as "slope dXT /dV") on the vertical axis and the applied voltage [V] on the horizontal axis. As shown in Figure 10(B), the slope dX T.C./dV and the applied voltage have a proportional relationship depending on the proportion of hydrogen gas. The relational expression shown by the solid line in Figure 10(B) is hereinafter referred to as the "slope-voltage function."

同図から明らかなように、6種の(CH-H-N)ガスそれぞれの出力-電圧関数の極値点(ピーク、傾きdXT.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。 As is clear from the figure, the extreme points (peaks, points where the slope dX T.C. /dV is 0) of the output-voltage functions for each of the six (CH 4 -H 2 -N 2 ) gases shift toward higher applied voltages as the proportion of hydrogen gas increases.

図11(A)は、図10(A)に示す出力-電圧関数につき、6種の(CH-H-N)ガスそれぞれの極値点(傾きdXT.C./dVが0となる点)の水素ガスの割合(H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割合-電圧曲線」という。 11A is a graph plotting the hydrogen gas ratio (H2 ratio) at the extreme points (points where the slope dX T.C./dV is 0) of each of six types of ( CH4 - H2 - N2 ) gases on the vertical axis and the applied voltage [V] at the extreme points on the horizontal axis for the output - voltage function shown in FIG. 10A. This curve will be referred to as the " H2 ratio-voltage curve" hereinafter.

また、図11(B)は、図10(B)に示す6種の(CH-H-N)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+N)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dXT.C./dVの微分値(dT.C./dV)、すなわち規格化出力XT.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XT.C.の2階微分値」と称する場合もある。図11においては、(CH-H-N)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-H-CO)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-H-N-CO)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-H-N)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。 11B shows an approximated line (hereinafter referred to as "output-H2 proportion function") obtained by plotting the slope of each line of the slope-voltage function for the six types of ( CH4 - H2 - N2 ) gases shown in FIG. 10B on the vertical axis and the hydrogen gas proportion (when the concentration of the total of hydrogen gas and nitrogen gas ( H2 + N2 ) gas) is 10 vol%) on the horizontal axis. The "slope of the 'slope-voltage function line'" shown in FIG. 10B is the differential value of the slope dX T.C./dV ( d2X T.C./dV2 ), i.e., the second-order differential value of the normalized output X T.C. with respect to the applied voltage V, and may hereinafter be simply referred to as the "second-order differential value of the normalized output X T.C. " In Figure 11, the results for ( CH4 - H2 - N2 ) gas are plotted with circles. Furthermore, for a mixed gas ( CH4 - H2 - CO2 ) containing methane gas, hydrogen gas, and carbon dioxide gas, and a mixed gas ( CH4 - H2 - N2 - CO2 ) containing methane gas, hydrogen gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas, a reference gas was prepared and the relationship with the proportion of hydrogen gas was determined in the same manner as for the six types of ( CH4 - H2 - N2 ) gas described using Figures 9 and 10, and the former are plotted with triangles and the latter are plotted with squares.

図11(B)に示すように、基準ガス((CH-H-N)ガス、(CH-H-CO)ガス、(CH-H-N-CO)ガス)はいずれも、規格化出力XT.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-H)ガス、(CH-H-N)ガス、(CH-H-CO)ガス、(CH-H-N-CO)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-H)ガスについては、図9~図11に示す(CH-H-N)ガスのデータ(図11は〇印で示すデータ)のうち、H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。 As shown in Figure 11 (B), for all of the reference gases (( CH4 - H2 - N2 ) gas, ( CH4 - H2 - CO2 ) gas, ( CH4 - H2 - N2 - CO2 ) gas), there is a correlation as shown by the approximate curve in the second-order derivative of the normalized output X T.C. and the proportion of hydrogen gas. In other words, based on these relationships for the reference gases, it was found that the hydrogen gas concentration can be calculated for a target gas (methane gas) that contains at least hydrogen gas as an interference gas and whose interference gas concentration is unknown (specifically, ( CH4 - H2 ) gas, ( CH4 - H2 - N2 ) gas, (CH4- H2 - CO2 ) gas, ( CH4 - H2 - N2 - CO2 ) gas) whose interference gas concentration is unknown. For (CH 4 -H 2 ) gas, the hydrogen gas concentration of the target gas can be calculated based on the data for the reference gas with an H 2 ratio of "1" from the data for (CH 4 -H 2 -N 2 ) gas shown in Figures 9 to 11 (data indicated by circles in Figure 11).

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-H-N)ガス)の場合を例に説明する。図11(A)に示すH割合-電圧曲線によれば、任意の(CH-H-N)ガスについて、規格化出力XT.C.を求めれば、出力-電圧関数の極値点(傾きdXT.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+N)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。 Below, an example will be described for an arbitrary target gas ((CH 4 -H 2 -N 2 ) gas) for which the hydrogen gas concentration and the total concentration of hydrogen gas and nitrogen gas are unknown. According to the H 2 proportion-voltage curve shown in Figure 11 (A), if the normalized output X T.C. is obtained for an arbitrary (CH 4 -H 2 -N 2 ) gas, the hydrogen gas proportion when the concentration of the total of hydrogen gas and nitrogen gas ((H 2 +N 2 ) gas) is 10 vol% can be calculated based on the extreme point of the output-voltage function (the point where the slope dX T.C. /dV is 0).

そして、図11(B)の出力-H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XT.C.の2階微分値((H+N)ガス)の濃度が10vol%の場合)が算出できる。 Then, based on the output- H2 proportion function in Figure 11 (B), the second derivative value of the normalized output X T.C. (when the concentration of ( H2 + N2 ) gas) is 10 vol%) corresponding to the calculated hydrogen gas proportion (horizontal axis) can be calculated.

したがって、任意の(CH-H-N)ガス中の水素ガス濃度XH2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。
Therefore, the hydrogen gas concentration X H2 in any (CH 4 —H 2 —N 2 ) gas can be calculated by the first hydrogen concentration calculation formula shown in the following formula 10A.
is.

なお、この結果得られる水素ガス濃度は、基準ガス((CH-H-N)ガス)中の(H+N)ガスの濃度に比例するので、基準ガス中の(H+N)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。 The hydrogen gas concentration obtained as a result is proportional to the concentration of (H 2 + N 2 ) gas in the reference gas ((CH 4 -H 2 -N 2 ) gas), so if the (H 2 + N 2 ) gas concentration in the reference gas increases by N times, the calculation result of equation 10 (hydrogen gas concentration) is multiplied by N.

≪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XT.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。
<<Second method of calculating hydrogen gas concentration/Second hydrogen concentration calculation formula>>
Next, another example of the second method will be described. A second hydrogen concentration calculation formula shown in the following formula 10B may be used as a hydrogen concentration calculation formula using the second derivative of the normalized output X T.C.
is.

式10Bは、図12に示す、規格化出力XT.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-H-N)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。 Equation 10B is derived from the relationship between the second derivative of the normalized output X T.C. and the H2 concentration, as shown in Figure 12. Figure 12(A) plots the relationship between the second derivative of the normalized output and the hydrogen gas concentration contained in multiple (eight types in this case) reference gases (( CH4 - H2 - N2 ) gases) containing methane gas and hydrogen gas and nitrogen gas as interference gases, with the ratios (known values) of these gases varied. The vertical axis represents the hydrogen gas concentration [vol%], and the horizontal axis represents the second derivative of the normalized output.

水素ガスと窒素ガスの混合ガスの濃度(HガスとN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ガス濃度および、HガスとN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:N)は、H:N=1:0、H:N=9:1、H:N=3:1、H:N=3:2、H:N=1:1、H:N=2:3、H:N=1:3、H:N=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。 The concentration of the mixed gas of hydrogen gas and nitrogen gas (total concentration of H2 gas and N2 gas) varies depending on the ratio of eight species, and details are shown in Figure 13. Figure 13 shows a list of H2 gas concentrations and total concentrations (measured values) of H2 gas and N2 gas adjusted for each ratio (composition) of multiple species (e.g., eight species). The second-order differential value of the normalized output was calculated using these reference gases, and the relationship with the hydrogen gas concentration was plotted as shown in Figure 13 (A). The ratios ( H2 : N2 ) of the eight types of hydrogen gas and nitrogen gas are H2 : N2 = 1:0, H2 : N2 = 9:1, H2 : N2 = 3 :1, H2: N2 = 3:2, H2 : N2 = 1:1, H2:N2 = 2 :3, H2 : N2 = 1:3, H2 : N2 = 1:9, and these results are plotted from the lowest nitrogen gas content ratio to the lighter color as the content ratio increases.

図12(A)の結果から、(CH-H-N)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。 The results in Figure 12(A) show that for ( CH4 - H2 - N2 ) gas, there is a correlation between the second derivative of the normalized output and the hydrogen gas concentration, regardless of the ratio (composition) of the interfering gases, hydrogen gas and nitrogen gas.

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-H-CO)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-H-C)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-H-N-CO)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-H-N)ガスは8種、(CH-H-CO)ガスは5種、(CH-H-C)ガスは4種、(CH-H-N-CO)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-H)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-H-N)ガス)の結果は、同図(B)において○印でプロットした。 Figure 12(B) shows the results of measurements performed in the same manner as in Figure 12(A) for standard gases containing methane gas, hydrogen gas, and carbon dioxide gas (( CH4 - H2 - CO2 ) gas: plotted with square marks), hydrogen gas, and ethane gas (( CH4 - H2 - C2H6 ) gas: plotted with triangle marks), and hydrogen gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas (( CH4 - H2 - N2 - CO2 ) gas: plotted with cross marks). That is, the proportion (composition: known value) of interference gases for each reference gas was varied to multiple types (eight types of (CH 4 -H 2 -N 2 ) gas, five types of (CH 4 -H 2 -CO 2 ) gas, four types of (CH 4 -H 2 -C 2 H 6 ) gas, and two types of (CH 4 -H 2 -N 2 -CO 2 ) gas), and the second-order differential value of the normalized output was plotted on the horizontal axis and the contained hydrogen gas concentration [vol %] on the vertical axis. The concentration of interference gases (mixed gases) in each reference gas differed depending on the proportion (composition) of the eight types of interference gases, and details are shown in Figure 13. The results of Figure 12(A) are also shown in Figure 12(B). That is, the result for the reference gas ((CH 4 -H 2 ) gas) containing only hydrogen gas as an interference gas in methane gas is H2:N2 = 1:0 in Figure 1(A), and is plotted with a ● mark in Figure 1(B), while the result for the reference gas ((CH 4 -H 2 -N 2 ) gas) containing hydrogen gas and nitrogen gas as interference gases is plotted with a ○ mark in Figure 1(B).

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。 The results in Figure 12 (B) show that there is a correlation between the second derivative of the normalized output and the hydrogen gas concentration, regardless of the type and proportion (composition) of the interference gas.

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。 Here, specific examples of the coefficients (α, β, γ) in equation 10B are α = -6.3284, β = 16.903, and γ = 0. In other words, an example of equation 10B is as follows.

H2= -6.3284×f"(V)+16.903×f"(V) (式10B) X H2 = -6.3284×f"(V) 2 +16.903×f"(V) (Formula 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。 As such, the second method calculates the hydrogen gas concentration using the hydrogen concentration calculation formula shown in Equation 10A (first hydrogen concentration calculation formula) or the hydrogen concentration calculation formula shown in Equation 10B (second hydrogen concentration calculation formula), and hereinafter, Equation 10A and Equation 10B may be collectively referred to as the hydrogen gas concentration calculation formulas.

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XH2に基づき、上記式2で示す補正出力値(H)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)の算出式における「出力差(H)」を補正する。
である。
Based on the hydrogen gas concentration XH2 calculated by the first or second method, the corrected output value ( H2 ) shown in the above formula 2 is further (additionally) corrected. Specifically, the "output difference ( H2 )" in the calculation formula for the corrected output value (H2) shown in the above formula 2 is corrected by the following formula 11.
is.

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)」)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)」より小さい場合のみ、式2の「出力差(H)」として式11の補正後の出力差yを用いる。 This correction is performed only when the post-correction output difference y is smaller than the pre-correction output difference (the original "output difference (H 2 )" in Equation 2). In other words, the post-correction output difference y in Equation 11 is used as the "output difference (H 2 )" in Equation 2 only when the post-correction output difference y in Equation 11 is smaller than the "output difference (H 2 )" in Equation 2.

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。As already mentioned, the hydrogen gas concentration calculation formulas (Equation 10A and Equation 10B) allow for the calculation of the hydrogen gas concentration of a target gas that contains at least hydrogen gas as an interference gas and also contains nitrogen gas and/or carbon dioxide gas. The concentrations of nitrogen gas and/or carbon dioxide gas in the target gas can be calculated as follows:

式2における「出力差(H)」(以下、「補正前出力差(H)」という)と、式11の補正後の出力差y(以下、「補正後出力差(H)」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(XN2+XCO2)を計算する。 The total concentration of nitrogen gas and carbon dioxide gas (X N2 +X CO2 ) is calculated using the “output difference (H 2 )” in Equation 2 (hereinafter referred to as “uncorrected output difference (H 2 )”) and the corrected output difference y in Equation 11 (hereinafter referred to as “corrected output difference (H 2 ) ”) using the following Equation 12.

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、XN2濃度および/またはXCO2濃度は「0」とする。
である。
When nitrogen gas and/or carbon dioxide gas is not contained, X N2 concentration and/or X CO2 concentration is set to "0".
is.

さらに、窒素ガスと二酸化炭素ガスの合計濃度(XN2+XCO2)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)に加算する。
である。
Furthermore, an additional correction amount determined by the following equation 13 based on the total concentration of nitrogen gas and carbon dioxide gas (X N2 +X CO2 ) is added to the output value (H 2 ) of equation 2.
is.

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)を、以下「追加補正出力値(H)」という。そして、追加補正出力値(H)を規格化出力の値として第1熱量算出式のXT.C.に代入することで、熱伝導率換算熱量Qを算出することができる。 In this way, by correcting Equation 2 based on the calculated concentrations of hydrogen gas, nitrogen gas, and/or carbon dioxide gas in the interference gas, the influence of nitrogen gas and/or carbon dioxide gas can be eliminated and the hydrogen gas concentration-output difference relationship equation can be matched or approximated. The corrected output value (H 2 ) of Equation 2, which reflects the corrections of Equations 11 to 13, is hereinafter referred to as the "additional corrected output value (H 2 )." Then, by substituting the additional corrected output value (H 2 ) as the standardized output value for X T.C. in the first heat quantity calculation equation, the thermal conductivity converted heat quantity QA can be calculated.

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。 Figures 14 and 15 are block diagrams showing an overview of the calorie measuring device 35 as a specific example of the third embodiment. Figure 14 is a schematic diagram showing the overall configuration of the calorie measuring device 35, and Figure 15 is a schematic diagram mainly for explaining the correction processing by the correction means 14. Note that components that are the same as those in the second embodiment are designated by the same reference numerals and their description will be omitted.

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。 The calorific value measuring device 35 includes a thermal conductivity converted calorific value measuring means 31, a refractive index converted calorific value measuring means 32, a calorific value calculation means 33, and an output means 18. The correction means 14 in the third embodiment further includes a third gas concentration calculation means 146 and an additional correction output value calculation means 147.

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XH2)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割合-電圧曲線、図11(B)に示す出力-H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XH2)を算出する。 15, the third gas concentration calculation means 146 acquires the concentration of a third gas in the target gas (hereinafter referred to as the "third gas concentration"). Specifically, Equation 8 and Equation 9 are stored, and the third gas concentration (here, hydrogen gas concentration X H2 ) is calculated based on a first method using these. Alternatively, Equation 10, the slope-voltage function shown in FIG. 10(B), the H2 proportion-voltage curve shown in FIG. 11(A), and the output- H2 proportion function shown in FIG. 11(B) are stored, and the third gas concentration (here, hydrogen gas concentration X H2 ) is calculated based on a second method using these.

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を算出する補正式(式2)の出力値(H)および出力差(H)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XH2)に基づき、式11により、式2の出力差(H)を補正するy(補正後の出力差(H))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。 The additional corrected output value calculation means 147 additionally corrects the output value (H 2 ) and the output difference (H 2 ) of the correction equation (Equation 2) for calculating the corrected output value (H 2 ) of the corrected output value calculation means 142. More specifically, the additional corrected output value calculation means 147 determines y (the corrected output difference (H 2 )) for correcting the output difference (H 2 ) of Equation 2 using Equation 11, based on the third gas concentration (calculated hydrogen gas concentration X H2 ) calculated by the first method or the second method. Furthermore, the additional corrected output value calculation means 147 calculates the concentration (hereinafter referred to as the "fourth gas concentration") of a fourth gas (here, nitrogen gas and/or carbon dioxide gas) in the target gas using Equation 12. Then, the additional correction amount is calculated using Equation 13, based on the third gas concentration and the fourth gas concentration.

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))を式2の出力差(H)に代入し、追加補正量を式2の出力値(H)に代入して、式2の(当初の)補正出値(H)を更に補正した追加補正出力値(H)を取得する。 Then, the additional correction output value calculation means 147 substitutes y (the output difference (H 2 ) after correction) into the output difference (H 2 ) in equation 2, and substitutes the additional correction amount into the output value (H 2 ) in equation 2, to obtain the additional correction output value (H 2 ) that is further corrected from the (initial) correction output value (H 2 ) in equation 2.

補正手段14は、この追加補正出力値(H)によって、熱伝導測定手段13の測定結果(規格化出力XT.C.実測値)を補正する。 The correcting means 14 corrects the measurement result (normalized output X T.C. actual measurement value) of the thermal conduction measuring means 13 using this additional corrected output value (H 2 ).

熱伝導率換算熱量算出手段15は、補正後の規格化出力XT.C.を用いて(追加補正出力値(H)を規格化出力の値として第1熱量算出式のXT.C.に代入し)式1により熱伝導率換算熱量Q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を算出し、熱量算出手段33は、熱伝導率換算熱量Qと、屈折率換算熱量Q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。 The thermal conductivity converted heat quantity calculation means 15 uses the corrected normalized output XT.C. (substituting the additional corrected output value ( H2 ) as the normalized output value for XT.C. in the first heat quantity calculation formula) to calculate the thermal conductivity converted heat quantity QA according to Formula 1. In addition, as in the second embodiment, the refractive index converted heat quantity QB is calculated, and the heat quantity calculation means 33 calculates the heat quantity Q of the target gas using the thermal conductivity converted heat quantity QA , the refractive index converted heat quantity QB , a coefficient CF for correcting errors due to the fourth gas (at least one of nitrogen gas and carbon dioxide gas), and the second heat quantity calculation formula (Formula 6).

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。 Specifically, the heat quantity calculation method according to the third embodiment is as follows: First, as in the second embodiment, the heat quantity calculation formula (first heat quantity calculation formula) shown in Equation 1 is obtained.

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を算出する。 Next, during the measurement operation, for example, the target gas (e.g., methane gas containing hydrogen gas and nitrogen gas) flowing through the gas pipeline 11 is supplied to the thermal conductivity converted calorific value measuring means 31 via the gas flow path 19. As a result, the thermal conductivity converted calorific value measuring means 31 calculates the thermal conductivity converted calorific value QA of the target gas based on the first calorific value calculation formula, correcting for errors due to the third gas (hydrogen gas).

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。Specifically, a first voltage (e.g., 1.0 V) is applied to the thermal conductivity measuring means 13 to measure the target gas and obtain a first output (actual measured value). Next, a second voltage (e.g., 0.5 V) is applied to the thermal conductivity measuring means 13 to measure the same target gas and obtain a second output (actual measured value).

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)(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XT.C.)を算出する。 Next, the correction means 14 calculates the difference (output difference) between the first output and the second output, and then calculates the corrected output value (H 2 ) of the target gas (the normalized output X T.C. of the thermal conductivity measuring means 13 after correcting for errors due to hydrogen gas) using the correction formula shown in Equation 2 above.

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XH2)を算出する。当該算出した水素ガス濃度XH2に基づき、式2の出力差(H)を補正する補正値yを取得する(式11)。また、水素ガス濃度XH2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)の場合のみ)式11の補正値yを式2の出力差(H)に代入する。また、式13の追加補正量を式2の出力値(H)に代入し、得た追加補正出力値(H)を第1熱量算出式(式1)のXT.C.として、対象ガスの熱伝導率換算熱量Qを算出する。 Thereafter, the third gas concentration calculation means 146 calculates a third gas concentration (e.g., hydrogen gas concentration XH2 ) in the target gas. Based on the calculated hydrogen gas concentration XH2 , a correction value y for correcting the output difference ( H2 ) in Equation 2 is obtained (Equation 11). Furthermore, a fourth gas concentration (e.g., nitrogen gas concentration and carbon dioxide gas concentration) in the target gas is calculated according to the hydrogen gas concentration XH2 (Equation 12), and an additional correction amount (Equation 13) is obtained based on the various concentrations. If necessary (only when y<the original output difference ( H2 ) in Equation 2), the correction value y in Equation 11 is substituted for the output difference ( H2 ) in Equation 2. Furthermore, the additional correction amount in Equation 13 is substituted for the output value ( H2 ) in Equation 2, and the obtained additional corrected output value ( H2 ) is used as XT.C. in the first heat quantity calculation formula (Equation 1), to calculate the thermal conductivity converted heat quantity QA of the target gas.

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を取得する。 The target gas is supplied to the refractive index converted calorific value measuring means 32 via the gas flow path 19, and the refractive index converted calorific value QB of the target gas is obtained.

そして、得られた屈折率換算熱量Qと、熱伝導率換算熱量Q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。 Then, the calorific value Q of the target gas is calculated using the obtained refractive index converted calorific value QB and thermal conductivity converted calorific value QA and the second calorific value calculation formula shown in Equation 6 above.

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。 Figures 16 to 18 are graphs showing the results of calculating the hydrogen gas concentration H2 and the heat quantity Q using a first method (e.g., a method using machine learning) in the third embodiment.

図16は、成分濃度が明らかな干渉ガス((H+N)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XH2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-H-N)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]を縦軸、実測した熱量(実熱量)[MJ/m]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。 FIG. 16 is a graph comparing the results of calculating the hydrogen gas concentration XH2 using the first method of the third embodiment (e.g., a method using machine learning) to determine the calorific value Q for a reference gas containing an interference gas (( H2 + N2) gas) with a known component concentration (calculated calorific value) with the measured calorific value (actual calorific value). As verification data, six types of mixed gases ( CH4 - H2 - N2 ) containing methane gas, hydrogen gas, and nitrogen gas in different proportions were prepared. The calorific value Q (calculated calorific value) [MJ/ m3 ] calculated by the calorific value calculation means 33 of the third embodiment is plotted on the vertical axis, and the measured calorific value (actual calorific value) [MJ/ m3 ] is plotted on the horizontal axis. Circles indicate the calculated calorific value. The dashed line indicates a ±1% error range for the case where the calculated calorific value and the actual calorific value match (solid line). Additionally, the result of calculating the calorific value Q based on the corrected output value (H2) according to Equation 2 (which corrects the error due to the inclusion of only hydrogen gas) before correcting the error due to the inclusion of nitrogen gas using the additional corrected output value (H2) is plotted as an "output difference" marked with an x.

同図(A)が水素ガスと窒素ガスの割合(H:N)=1:9の結果であり、同図(B)がH:N=1:3の結果であり、同図(C)がH:N=1:1の結果であり、同図(D)がH:N=3:2の結果であり、同図(E)がH:N=9:1の結果であり、同図(F)がH:N=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-H-N)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。 1A shows the results for a hydrogen gas to nitrogen gas ratio (H 2 :N 2 ) of 1:9, FIG. 1B shows the results for a H 2 :N 2 = 1:3, FIG. 1C shows the results for a H 2 :N 2 = 1:1, FIG. 1D shows the results for a H 2 :N 2 = 3:2, FIG. 1E shows the results for a H 2 :N 2 = 9:1, and FIG. 1F shows the results for a H 2 :N 2 = 10:0. As is clear from the figures, according to this embodiment, the calorific value Q of the (CH 4 -H 2 -N 2 ) gas can be calculated with high accuracy, with an error of ±1% or less from the actual measured value.

図17は、成分濃度が明らかな干渉ガス((H+CO)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-H-CO)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]を縦軸、実測した熱量(実熱量)[MJ/m]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。 17 is a graph comparing the calculation results (calculated calorific value) of the calorific value Q by the first method of the third embodiment with the actually measured calorific value (actual calorific value) for a reference gas containing an interference gas ((H 2 + CO 2 ) gas) with a clear component concentration. Five types of mixed gas (CH 4 -H 2 -CO 2 gas) containing methane gas, hydrogen gas, and carbon dioxide gas in different proportions were prepared as verification data, and the calorific value Q (calculated calorific value) [MJ/m 3 ] calculated by the calorific value calculation means 33 of the third embodiment is plotted on the vertical axis, and the actually measured calorific value (actual calorific value) [MJ/m 3 ] is plotted on the horizontal axis. Circles indicate the calculated calorific value. The dashed line indicates an error range of ±1%. Additionally, the result of calculating the calorific value Q based on the corrected output value (H2) according to Equation 2 (which corrects the error due to the inclusion of only hydrogen gas) before correcting the error due to the inclusion of CO2 gas using the additional corrected output value (H2) is plotted as an "output difference" marked with an x.

同図(A)が水素ガスとCOガスの割合(H:CO)=2:3の結果であり、同図(B)がH:CO=1:1の結果であり、同図(C)がH:CO=3:2の結果であり、同図(D)がH:CO=9:1の結果である。なお、同図においては、CO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:CO=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-H-CO)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。 FIG. 1A shows the results for a hydrogen gas to CO2 gas ratio ( H2 : CO2 ) of 2:3, FIG. 1B shows the results for a H2 : CO2 = 1:1 ratio, FIG. 1C shows the results for a H2 : CO2 = 3:2 ratio, and FIG. 1D shows the results for a H2 : CO2 = 9:1 ratio. Note that FIG. 1A plots data for CO2 gas concentrations of 4 vol% or less, which is a substantial range. Although the data for a H2 : CO2 = 1:3 ratio is not shown, there was almost no difference between the "output difference" and the calculated results. As is clear from FIG. 1A, according to this embodiment, the calorific value Q can be calculated for ( CH4 - H2 - CO2 ) gas with reduced error from the actual measured value.

図18は、成分濃度が明らかな干渉ガス((H+N+CO)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-H-N-CO)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]を縦軸、実測した熱量(実熱量)[MJ/m]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。 FIG. 18 is a graph comparing the calculation results (calculated calorific value) of the calorific value Q by the first method of the third embodiment with the actually measured calorific value (actual calorific value) for a reference gas containing an interference gas (( H 2 +N 2 +CO 2 ) gas) with a clear component concentration. As verification data, two mixed gases (CH 4 -H 2 -N 2 -CO 2 gas) containing methane gas, hydrogen gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas in different proportions were prepared, and the results are plotted on a coordinate system with the calorific value Q (calculated calorific value) [MJ/m 3 ] calculated by the calorific value calculation means 33 of the third embodiment on the vertical axis and the actually measured calorific value (actual calorific value) [MJ/m 3 ] on the horizontal axis. Circles indicate the calculated calorific value. The dashed line indicates an error range of ±1%. Additionally, the calorific value Q calculated based on the corrected output value (H2) according to Equation 2 (which corrects for errors due to the inclusion of only hydrogen gas) before the error due to the inclusion of CO2 gas is corrected using the additional corrected output value (H2) is plotted as an "output difference" indicated by an x. In this figure, data for CO2 gas concentrations of 4 vol% or less, which is the substantial range, is also plotted.

同図(A)が水素ガス、窒素ガスおよびCOガスの割合(H:N:CO)=6:1:1の結果であり、同図(B)がH:N:CO=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ガスを含む混合ガス(CH-H-N-CO)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。 1A shows the results when the ratio of hydrogen gas, nitrogen gas, and CO2 gas ( H2 : N2 : CO2 ) is 6:1:1, and FIG. 1B shows the results when H2 : N2 : CO2 is 2:1:1. As is clear from the figures, according to this embodiment, even for a mixed gas ( CH4 - H2 - N2 - CO2 ) containing hydrogen gas, nitrogen gas, and CO2 gas as interference gases, the calorific value Q can be calculated with reduced error from the actual measured value.

図19は、成分濃度が明らかな干渉ガス(H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-C-H)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]を縦軸、実測した熱量(実熱量)[MJ/m]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)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)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。 19 is a graph comparing the calculation results (calculated calorific value) of the calorific value Q according to the third embodiment with the actually measured calorific value (actual calorific value) for a reference gas containing an interference gas ( H2 gas) with a clear component concentration. As verification data, three mixed gases ( CH4 - C2H6 -H2 gas ) containing methane gas, ethane gas, and hydrogen gas in different ratios were prepared, and the calorific value Q (calculated calorific value) [MJ/ m3 ] calculated by the calorific value calculation means 33 of the third embodiment is plotted on the vertical axis, and the actually measured calorific value (actual calorific value) [MJ/ m3 ] is plotted on the horizontal axis. Circles indicate the calculated calorific value. The dashed line indicates an error range of ±1%. Additionally, the result of calculating the calorific value Q based on the corrected output value ( H2 ) according to Equation 2 (which corrects the error due to the inclusion of only hydrogen gas) before correcting the error due to the inclusion of nitrogen gas using the additional corrected output value ( H2 ) is plotted as the "output difference" with an x mark.

同図(A)が水素ガスとエタンガスの割合(H:C)=3:1の結果であり、同図(B)がH:C=2:3の結果であり、同図(C)がH:C=1:3の結果である。 10A shows the results when the ratio of hydrogen gas to ethane gas (H 2 :C 2 H 6 ) is 3:1, FIG. 10B shows the results when H 2 :C 2 H 6 is 2:3, and FIG. 10C shows the results when H 2 :C 2 H 6 is 1:3.

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-C)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-C)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。 In the above-described embodiment, the first gas is methane gas, but the first gas may be a mixed gas of different paraffinic hydrocarbon gases. The figure shows the calculation results for a mixed gas in which the first gas is (CH 4 -C 2 H 6 ) gas and contains hydrogen gas as an interference gas. Because hydrogen gas is the only interference gas, the calculation can be performed with high accuracy using the first embodiment (calculation of the calorific value QA using the calorific value calculation formula (Formula 1) corrected for hydrogen gas only using Formula 2 ) . The figure reveals that the calculation method for the calorific value Q according to the third embodiment can achieve the same accuracy as the first embodiment, even for a mixed gas in which the first gas is (CH 4 -C 2 H 6 ) gas and contains hydrogen gas as an interference gas.

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。 In addition, the present invention may also be a program capable of executing the heat calculation method of this embodiment described above.

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。 According to this embodiment, the calorific value Q can be calculated by measuring the thermal conductivity and refractive index of a target gas containing paraffinic hydrocarbon gas and an interference gas that causes errors in the calorific value calculation. In other words, calorific value calculation is possible using a known measurement device capable of measuring thermal conductivity and refractive index (e.g., a thermal conductivity meter and a refractometer), making it possible to measure (calculate) calorific value with a low-cost, simple configuration.

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。 In particular, even if the interference gas is a mixture of hydrogen gas and other gases (at least one of nitrogen gas and carbon dioxide gas) and the composition (mixing ratio, concentration) of the interference gas is unknown, the error factors caused by the interference gas can be eliminated or reduced, and the calorific value Q can be calculated accurately.

<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。
<Another embodiment (fourth embodiment)/hydrogen gas concentration calculation device (first configuration)>
Another embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 20. Fig. 20 is a schematic diagram showing a first configuration of a hydrogen gas concentration calculation device 70. The same components as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

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。The hydrogen gas concentration calculation device 70 of this embodiment is capable of calculating the concentration of hydrogen gas contained in a target gas based on the thermal output of the target gas, which contains at least hydrogen gas. The target gas is a gas that contains, in addition to hydrogen gas, for example, a paraffinic hydrocarbon gas, preferably methane gas, at a concentration of 80 vol% or more, and may contain nitrogen gas and/or carbon dioxide gas in addition to hydrogen gas and methane gas.

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XH2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割合-電圧曲線、図11(B)に示す出力-H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。 The thermal output is, for example, thermal conductivity. Specifically, the hydrogen gas concentration calculation device 70 has a thermal conductivity measurement means 13, a gas concentration calculation means 146, an output means 18, etc., and the gas concentration calculation means 146 based on the thermal conductivity of the target gas has the same configuration as the third gas concentration calculation means 146 of the third embodiment. More specifically, the third gas concentration calculation means 146 is, for example, a means (hydrogen gas concentration calculation means) that calculates the hydrogen gas concentration X H2 using the second method, and holds the slope-voltage function shown in FIG. 10(B), the H2 proportion-voltage curve shown in FIG. 11(A), the output- H2 proportion function shown in FIG. 11(B), and the hydrogen gas concentration calculation formula of Equation 10 (the first hydrogen gas concentration calculation formula of Equation 10A, or the second hydrogen gas concentration calculation formula of Equation 10B), and obtains the hydrogen gas concentration in the target gas based on these.

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。The method for calculating hydrogen gas concentration using the hydrogen gas concentration calculation device 70 is as follows. For example, the target gas (gas containing hydrogen gas of unknown composition) circulating in the gas pipeline 11 is supplied to the hydrogen gas concentration calculation device 70 via the gas flow path 19.

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XT.C.を取得する。 Then, a plurality of different voltages (for example, two or more, preferably five or more, and desirably ten or more) are applied to the thermal conductivity measuring means 13, and the respective normalized outputs XT.C. are obtained.

その後、図10(B)に示す傾き-電圧関数、図11(A)に示すH割合-電圧曲線、図11(B)に示す出力-H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。 Then, the hydrogen gas concentration in the target gas is calculated based on the slope-voltage function shown in FIG. 10(B), the H 2 proportion-voltage curve shown in FIG. 11(A), the output- H 2 proportion function shown in FIG. 11(B), and Equation 10 (Equation 10A or Equation 10B).

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XH2を算出する構成であってもよい。 The third gas concentration (hydrogen gas concentration) calculation means 146 of the hydrogen gas concentration calculation device 70 in the fourth embodiment may be configured to calculate the hydrogen gas concentration X H2 by, for example, the first method (Equations 8 and 9).

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。In recent years, attempts have been made to introduce hydrogen gas into natural gas-derived city gas and other gases. According to the present invention, it is possible to calculate the calorific value and/or hydrogen gas concentration of a mixed gas in which hydrogen gas, biogas, coke oven gas, etc. have been introduced into natural gas at any concentration, using a relatively simple configuration.

<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。
<Hydrogen gas concentration calculation device>
The hydrogen gas concentration calculation device will be further described below with reference to Figures 21 to 32. The same components as those in the above embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. First, Figure 21 is a schematic diagram illustrating the configuration of another example of a hydrogen gas concentration calculation device 71 (second configuration).

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。The hydrogen gas concentration calculation device 71 is capable of calculating the concentration of hydrogen gas contained in a target gas based on the thermal output of the target gas, which contains at least hydrogen gas. The target gas is, for example, natural gas, and preferably a mixed gas containing paraffinic hydrocarbon gas, hydrogen gas, nitrogen gas, and/or carbon dioxide gas. Specifically, the hydrogen gas concentration calculation device 71 has at least a means capable of generating thermal output (e.g., thermal conductivity measurement means 13), a difference calculation means 141, and a hydrogen gas concentration calculation means 149.

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)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)との差分ΔI(=I-I)を演算する手段である。なお、規格化電流値I,Iは上記の実施形態における規格化出力XT.C.であり、以下の説明においては規格化電流値I、I,Iとして記載するがこれらを規格化出力XT.C.、T.C1.、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)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)と置き換え可能である。 The difference calculation means 141 is the same as in the above embodiment. That is, the difference calculation means 141 is a means for calculating the difference ΔI (= I 1 - I 2 ) between the standardized (normalized) output (current value) obtained by applying a first voltage V1 to the thermal conductivity measurement means 13 (standardized current value I 1 ) and the standardized (normalized) second output (current value) obtained by applying a second voltage V2 (standardized current value I 2 ). Note that the standardized current values I 1 and I 2 are the standardized outputs XT.C. in the above embodiment, and in the following description, they will be referred to as standardized current values I, I 1 , and I 2 , but these can be replaced with standardized outputs XT.C., XT.C1, and XT.C2 . Furthermore, the difference ΔI is the output difference (H 2 ) in the above embodiment, and will be described as the output difference ΔI in the following description, but this can be replaced with the output difference (H 2 ).

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を算出する。
である。
The hydrogen gas concentration calculation means 149 has the following equation 14 and calculates the hydrogen gas concentration xH2 in the target gas based on the output difference ΔI obtained by the difference calculation means 141.
is.

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。 Note that a is a constant that is selected appropriately; for example, a = 20 to 30, preferably a = 25 to 27, and more preferably a = 26.4.

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。 This hydrogen gas concentration calculation device 71 is highly convenient in that the only measurement means for the target gas is the thermal conductivity measurement means 13, and the calculation process for the hydrogen gas concentration is simple (not complicated).

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[vol%]を横軸にプロットしたグラフである。 Figure 22 is a graph showing the calculation results of the hydrogen gas concentration calculation device 70 shown in Figure 21, and is a graph in which the results (measured H2 concentration [vol%]) measured (calculated) by the hydrogen gas concentration calculation device 70 shown in Figure 21 (using Equation 14) for multiple reference gases containing hydrogen gas and with known component concentrations are plotted on the vertical axis, and the known (actual) hydrogen gas concentration H2 [vol%] is plotted on the horizontal axis.

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-H-N)ガス)と、メタンガスに水素ガスを含有する混合ガス((CH-H)ガス)と、メタンガスに窒素ガスを含有する混合ガス((CH-N)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:N=1:0)、△印(H:N=9:1)、□印(H:N=3:1)、◇印(H:N=3:2)、×印(H:N=1:1)、●印(H:N=2:3)、▲印(H:N=1:3)、■印(H:N=1:9)、◆印(H:N=0:1)で示している。〇印は、(CH-H)ガスについての結果であり、◆印は、(CH-N)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。 The reference gases in Figure 1 (A) are mixed gases similar to the reference gases in Figure 8, namely, seven types of mixed gases ((CH 4 -H 2 -N 2 ) gas) containing methane gas, hydrogen gas, and nitrogen gas in different proportions, a mixed gas ((CH 4 -H 2 ) gas) containing methane gas and hydrogen gas, and a mixed gas ((CH 4 -N 2 ) gas) containing methane gas and nitrogen gas. In Figure 1A, the nitrogen gas ratios are indicated by circles ( H2 : N2 = 1:0), triangles ( H2 : N2 = 9:1), squares ( H2 : N2 = 3:1), diamonds ( H2 : N2 = 3:2), crosses ( H2 : N2 = 1:1), circles ( H2 : N2 = 2:3), triangles ( H2 : N2 = 1:3), squares ( H2 : N2 = 1:9), and diamonds ( H2 : N2 = 0:1), in descending order of nitrogen gas ratio. Circles represent results for CH4 - H2 gas, and diamonds represent results for CH4 - N2 gas. The solid lines indicate a ±1% error range for cases where the measured H2 concentration and the actual hydrogen gas concentration H2 match.

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。 Note that the reference gas shown in Figure 22 contains the same types of gases as the reference gas in Figure 8, but the concentrations of each gas are different. Figure 23 shows an example of the concentrations (measured values) of hydrogen gas and nitrogen gas in the above ratios contained in the multiple reference gases shown in Figure 22 (A). Furthermore, in each reference gas, the concentration of methane gas is a value excluding the combined concentration of hydrogen gas and nitrogen gas. Furthermore, the concentration of nitrogen gas contained in actual target gas is often 5 vol% or less, and the concentration of carbon dioxide gas is often 2 vol% or less. Therefore, the following explanation will be based on the case where the concentration of nitrogen gas contained in the reference gas is 5 vol% or less, and the concentration of carbon dioxide gas is 2 vol% or less.

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-H-CO)ガス、(CH-H)ガス、(CH-CO)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:CO=1:0)、△印(H:CO=9:1)、□印(H:CO=3:2)、×印(H:CO=1:1)、●印(H:CO=2:3)、▲印(H:CO=1:3)、■印(H:CO=0:1)、で示している。それ以外は同図(A)と同様である。 22(B) shows the case of reference gases (( CH4 - H2 - CO2 ) gas, ( CH4 - H2 ) gas, ( CH4 - CO2 ) gas) in which the nitrogen gas in FIG. 22(A) is replaced with carbon dioxide gas, and the ratios from lowest to highest are indicated by circles ( H2 : CO2 = 1:0), triangles ( H2 : CO2 = 9:1), squares ( H2 : CO2 = 3:2), crosses ( H2 : CO2 = 1:1), black circles ( H2 : CO2 = 2:3), triangles ( H2 : CO2 = 1:3), and squares ( H2 : CO2 = 0:1). All other aspects are the same as FIG. 22(A).

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。 Figure 24 shows an example of the concentrations (measured values) of hydrogen gas and carbon dioxide gas in the above ratio contained in the multiple reference gases shown in Figure 22 (B). Furthermore, for each reference gas, the concentration of methane gas is the value excluding the combined concentration of hydrogen gas and carbon dioxide gas.

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-C-H)ガス、(CH-H)ガス、(CH-C)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:C=1:0)、△印(H:C=3:1)、●印(H:C=2:3)、▲印(H:C=1:3)、■印(H:C=1:9)、◆印(H:C=0:1)、で示している。 Figure 22 (C) shows the case of a reference gas (( CH4 - C2H6 - H2 ) gas, ( CH4 - H2 ) gas, ( CH4 - C2H6 ) gas) in which methane gas is mixed with ethane gas and/or hydrogen gas, and the ratios from lowest to highest are indicated by circles (H2:C2H6 = 1:0), triangles (H2:C2H6 = 3 : 1 ) , circles ( H2 : C2H6 = 2:3), triangles ( H2 : C2H6 = 1: 3 ), squares ( H2 : C2H6 = 1:9), and diamonds ( H2 : C2H6 = 0:1).

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。 Figure 25 shows an example of the concentrations (measured values) of hydrogen gas and ethane gas in the above ratio contained in the multiple reference gases shown in Figure 22 (C). Furthermore, for each reference gas, the concentration of methane gas is a value excluding the combined concentration of hydrogen gas and ethane gas.

図22(D)は、メタンガスに水素ガスを混合した基準ガス((CH-H)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-H-N-CO)ガス)の場合であり、水素ガスの割合の高い方から〇印(H:N:CO=1:0:0)、△印(H:N:CO=6:1:1)、●印(H:N:CO=2:1:1)、で示している。 Figure 22 (D) shows the case of a reference gas (( CH4 - H2 ) gas) made by mixing methane gas with hydrogen gas, and a reference gas (( CH4 - H2 - N2 - CO2 ) gas) made by mixing methane gas with nitrogen gas, carbon dioxide gas, and hydrogen gas, and the gases with the highest hydrogen gas ratio are indicated by circles ( H2 : N2 : CO2 = 1:0:0), triangles ( H2 : N2 : CO2 = 6:1:1), and black circles ( H2 : N2 : CO2 = 2:1:1).

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。 Figure 26 shows an example of the concentrations (measured values) of hydrogen gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas in the above ratios contained in the multiple reference gases shown in Figure 22 (D). Furthermore, for each reference gas, the concentration of methane gas is a value excluding the total concentration of hydrogen gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas.

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。 From these results, it can be seen that the calculation result (measured H2 concentration) of the hydrogen gas concentration calculation means 149 (Equation 14) has a larger error from the actual hydrogen gas concentration as the content ratio of nitrogen gas and/or carbon dioxide gas increases, regardless of the reference gas.

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。 In other words, while the hydrogen gas concentration calculation device 71 shown in Figure 21 has a simple configuration and can be easily implemented, it is prone to errors due to the inclusion of interfering gases (especially nitrogen gas and/or carbon dioxide gas), and therefore can be said to be useful when errors due to interfering gases are not strict or when the content of nitrogen gas and/or carbon dioxide gas is low.

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(dI/dV、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[vol%]との誤差を小さくすることができる。 20 (hydrogen gas concentration calculation means 146 that performs calculations using Equation 10) is a device that can reduce errors caused by the inclusion of such nitrogen gas and/or carbon dioxide gas. According to this, by performing calculations using the first hydrogen gas concentration calculation formula (Equation 10A) or the second hydrogen gas concentration calculation formula (Equation 10B), both of which use the second-order derivative of the normalized current value I with respect to the applied voltage V (d 2 I/dV 2 , hereinafter also simply referred to as the "second-order derivative of the normalized current value I"), it is possible to reduce the error between the calculated hydrogen gas concentration value (measured H concentration [vol%]) and the actual hydrogen gas concentration H 2 [vol%], even when the target gas contains nitrogen gas and/or carbon dioxide gas.

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が10vol%以下の場合には水素ガス濃度xHに応じた一定の値となり、以下の式15で表される。
である。
Again, referring to FIG. 10(B), the slope dI/dV of the output-voltage function (FIG. 10(A)) and the applied voltage V have a proportional relationship depending on the proportion of hydrogen gas. This means that even if the target gas contains nitrogen gas and/or carbon dioxide gas, the influence of these gases can be eliminated by using the "slope-voltage function" shown in FIG. 10(B). In other words, the slope of the "slope-voltage function" shown by the solid line in FIG. 10(B) becomes a constant value depending on the hydrogen gas concentration xH2 , particularly when the hydrogen gas concentration xH2 is 10 vol% or less, and is expressed by the following equation 15.
is.

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。 Equation 15 shows the calculation using the first hydrogen concentration calculation equation (Equation 10A) described above to calculate the hydrogen gas concentration. In other words, "1/f" (V) (10 vol%) x 10" in Equation 10(a) is a constant, and Equation 15 is obtained by replacing this with the constant a.

図27は、第1水素濃度算出式(式10A)による演算結果(測定H濃度)と実際の水素ガス濃度(H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XH2を求めた。その結果(測定H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-H-N)ガス、(CH-H)ガスおよび(CH-N)ガスの場合であり、同図(B)が(CH-H-CO)ガス、(CH-H)ガスおよび(CH-CO)ガス)の場合であり、同図(C)が(CH-C-H)ガス、(CH-H)ガスおよび(CH-C)ガス)の場合であり、同図(D)が(CH-H)ガスおよび(CH-H-N-CO)ガスの場合である。 27 is a graph showing the error between the calculation result (measured H2 concentration) and the actual hydrogen gas concentration ( H2 concentration) using the first hydrogen concentration calculation formula (Formula 10A). For each of a number of reference gases with clear hydrogen gas compositions, 16 different voltages V16 to V1 were applied to the thermal conductivity measurement means 13 of the hydrogen gas concentration calculation device 70 shown in FIG. 20. The normalized current values I16 to I1 were approximated to a quadratic curve to obtain an "output-voltage function" (FIG. 10A). The differential value of the slope dI/dV (the second-order differential value of the normalized current value I) was used to calculate the hydrogen gas concentration XH2 using Formula 10A. The result (measured H2 concentration [vol%]) was plotted on the vertical axis, and the actual mixed hydrogen gas concentration (H2 concentration [vol%]) was plotted on the horizontal axis. The reference gases, including their compositions, are the same as those described in the graph shown in Figure 22, with Figure 27 (A) being for ( CH4 - H2 - N2 ) gas, ( CH4 - H2 ) gas and ( CH4 - N2 ) gas, Figure 27 (B) being for ( CH4 - H2 - CO2 ) gas, (CH4- H2 ) gas and ( CH4 - CO2 ) gas, Figure 27 (C) being for ( CH4 - C2H6 -H2 ) gas, ( CH4 - H2 ) gas and ( CH4 - C2H6 ) gas, and Figure 27 (D) being for ( CH4 - H2 ) gas and ( CH4 - H2 - N2 - CO2 ) gas.

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濃度)と実際の水素ガス濃度(H濃度)の誤差を概ね±1vol%に収めることができる。 As is clear from these results, according to the hydrogen gas concentration measuring device 70 (Equation 10A) shown in FIG. 20, the error between the measured (calculated) hydrogen gas concentration (measured H2 concentration) and the actual hydrogen gas concentration ( H2 concentration) can be kept within approximately ±1 vol%.

ここで、水素ガス濃度xH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。 Here, when the hydrogen gas concentration xH2 is up to 10 vol%, the second-order differential value of the normalized current value I and the hydrogen gas concentration xH2 change linearly, so Equation 10A (Equation 15) is used. When the hydrogen gas concentration xH2 exceeds 10 vol%, the second-order differential value of the normalized current value I and the hydrogen gas concentration xH2 change in a curved manner, so Equation 10(B) using an approximation curve is used.

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。 Figure 28 is a schematic diagram showing the configuration (third configuration) of yet another hydrogen gas concentration calculation device 72 according to this embodiment. This hydrogen gas concentration calculation device 72 is also capable of calculating the concentration of hydrogen gas contained in a target gas containing at least hydrogen gas based on the thermal output of the target gas, and calculates the hydrogen gas concentration based on the thermal output of the target gas and multiple physical property values.

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。 Here, the multiple physical property values of the target gas are multiple physical property values that have a predetermined correlation with the calorific value of the paraffinic hydrocarbon gas contained in the target gas, and examples include refractive index (proportional to the calorific value) and density (inversely proportional to the calorific value).

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。 Specifically, the hydrogen gas concentration calculation device 72 has, for example, a means capable of thermal output (e.g., a thermal conductivity measuring means 13), a difference calculation means 141, a refractive index converted calorific value calculation means 32, a density converted calorific value calculation means 55, a hydrogen gas concentration calculation means 150, and an output means 18.

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。 The thermal conductivity measuring means 13, difference calculation means 141, and refractive index converted heat quantity calculation means 32 have the same configuration as described in the above embodiment (Figure 4, etc.), so their description will be omitted.

密度換算熱量算出手段55は、密度換算熱量Q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。 The density converted calorific value calculation means 55 is a means for acquiring the density converted calorific value QC , and may be, for example, a device configured to measure the density converted calorific value QC of the target gas based on the amount of change in the resonant frequency, utilizing the fact that the resonant frequency changes based on the density of the target gas when a vibrating tube made of a thin-walled cylindrical body is vibrated in the target gas. Since the calorific value and density of paraffinic hydrocarbon gas are inversely proportional to each other, acquiring the density of the target gas allows conversion into calorific value.

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)を算出し、密度換算熱量Qを求めるものであってもよい。 The density-converted calorific value calculation means 55 may be configured to include, for example, a tube through which the target gas flows and a sound speed measurement means (sound speed sensor) equipped with a sound wave source and a sound wave receiving source disposed at both ends of the tube. The sound wave source emits sound toward the tube through which the target gas flows, and the time it takes for the sound to propagate through the by-product gas and reach the receiving source is measured, thereby accurately determining the speed of sound propagating through the measurement gas. The density of the target gas (= specific heat ratio × pressure / sound speed 2 ) may then be calculated based on the sound speed measured by the sound speed measurement means, thereby determining the density-converted calorific value QC .

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,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と、以下の式16により、対象ガス中の水素ガス濃度xH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。
The hydrogen gas concentration calculation means 150 calculates the hydrogen gas concentration xH2 in the target gas using the output difference ΔI calculated by the difference calculation means 141, the refractive index converted calorific value QB calculated by the refractive index converted calorific value calculation means 32, and the density converted calorific value QC calculated by the density converted calorific value calculation means 55 , and the following equation 16. Equation 16 is hereinafter referred to as the "third hydrogen concentration calculation equation."
is.

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。 The constants a, b, and c are values that can be selected as appropriate. One example is a = -25 to -27, preferably a = -26 to -26.5, and more preferably a = -26.4. Another example is b = 0.8 to 1.0, preferably b = 0.85 to 0.95, and more preferably b = 0.916. Another example is c = 0.8 to 1.0, preferably c = 0.85 to 0.95, and more preferably c = 0.916.

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XH2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XN2と二酸化炭素ガス濃度XCO2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XN2と二酸化炭素ガス濃度XCO2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XN2と二酸化炭素ガス濃度XCO2)は不明である。 Here, we will explain Equation 16. As shown in Equation 14, the hydrogen gas concentration X H2 in the target gas can basically be calculated if the output difference ΔI calculated by the thermal conductivity measuring means 13 and the difference calculating means 141 can be obtained. However, if the target gas also contains nitrogen gas and carbon dioxide gas, an error will occur in the calculation result. Therefore, if the nitrogen gas concentration X N2 and the carbon dioxide gas concentration X CO2 are known, appropriate corrections can be made according to these concentrations. In other words, as shown in Equation 16.1 (details will be described later), it is possible to add correction terms according to the nitrogen gas concentration X N2 and the carbon dioxide gas concentration X CO2 to the right side of Equation 14. However, the composition of the target gas to be actually measured (nitrogen gas concentration X N2 and carbon dioxide gas concentration X CO2 ) is unknown.

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と、当該対象ガスの密度から得られる密度換算熱量Q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。
The applicant of the present application has developed a unique method for calculating the calorific value Q of a target gas using the following equation 17, based on the refractive index converted calorific value QB obtained from the refractive index of the target gas and the density converted calorific value QC obtained from the density of the target gas, under the condition of 2.40≦correction coefficient α≦3.11 (this method is described in detail in Japanese Patent No. 5184983):
is.

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XN2と二酸化炭素ガス濃度XCO2の合計値(実際の値)は、二酸化炭素ガス濃度XCO2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XN2と二酸化炭素ガス濃度XCO2の合計値(合計近似濃度)と式17に示す屈折率換算熱量Qおよび密度換算熱量Q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。
Furthermore, as a result of considerations by the applicant of the present application, it has been found that when natural gas contains nitrogen gas and carbon dioxide gas, the total value (actual value) of the nitrogen gas concentration X N2 and the carbon dioxide gas concentration X CO2 can be approximated to the value obtained by multiplying only the actual value of the carbon dioxide gas concentration X CO2 and adding them together, and that there is a relationship shown in Equation 18 between this approximated total value of the nitrogen gas concentration X N2 and the carbon dioxide gas concentration X CO2 (approximate total concentration) and the refractive index converted calorific value Q B and density converted calorific value Q C shown in Equation 17 (the right side of Equation 18 is the approximate total concentration).
is.

すなわち、水素ガス濃度の算出において、窒素ガス濃度XN2と二酸化炭素ガス濃度XCO2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(XN2+1.55XCO2)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XH2を算出できる。 That is, in calculating the hydrogen gas concentration, even if the respective concentrations are unknown, if the total approximate concentration (X N2 + 1.55X CO2 ) can be obtained as a correction term for the error corresponding to the nitrogen gas concentration X N2 and the carbon dioxide gas concentration X CO2, the error due to the influence of nitrogen gas and carbon dioxide gas can be corrected using the above formula 16.1 to calculate the hydrogen gas concentration X H2 .

さらに、実際の窒素ガス濃度xN2と二酸化炭素ガス濃度XCO2、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および密度換算熱量Q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XH2を算出できる。 Furthermore, even if the actual nitrogen gas concentration x N2 and carbon dioxide gas concentration X CO2 , or their approximate total concentration, are unknown, by using the refractive index converted calorific value Q B and the density converted calorific value Q C as substitutes for the concentrations of both, errors due to the influence of nitrogen gas and carbon dioxide gas can be corrected using the above equation 16 (third hydrogen concentration calculation equation) to calculate the hydrogen gas concentration X H2 .

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。 Here, the third hydrogen concentration calculation formula also calculates the hydrogen gas concentration based on the relationship between the applied voltage to a thermal conductivity meter (e.g., thermal conductivity measuring means 13) and the normalized current value I, and is included in the second method of calculating hydrogen gas concentration described above.

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。 The above physical property value may be the sonic velocity, which is proportional to the calorific value of the paraffinic hydrocarbon gas. That is, although not shown, the hydrogen gas concentration measuring device 72 may have a sonic velocity converted calorific value measuring means instead of the density converted calorific value measuring means 55. The sonic velocity converted calorific value measuring means has a sonic velocity measuring means (e.g., a sonic velocity sensor), and calculates the calorific value of the target gas (sonic velocity converted calorific value) from the measurement results. This sonic velocity converted calorific value can be treated as equivalent to the above density converted calorific value QC, and the same effect as above can be obtained.

図29は、第3水素濃度算出式(式16)による演算結果(測定H濃度)と実際の水素ガス濃度(H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を取得し、該基準ガスの密度を測定して密度換算熱量Q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XH2を求めた。その結果(測定H濃度[vol%])を縦軸に、実際に混合した水素ガス濃度(H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-H-N)ガス、(CH-H)ガスおよび(CH-N)ガスの場合であり、同図(B)が(CH-H-CO)ガス、(CH-H)ガスおよび(CH-CO)ガス)の場合であり、同図(C)が(CH-C-H)ガス、(CH-H)ガスおよび(CH-C)ガス)の場合であり、同図(D)が(CH-H)ガスおよび(CH-H-N-CO)ガスの場合である。 FIG. 29 is a graph showing the error between the calculation result (measured H2 concentration) using the third hydrogen concentration calculation formula (Equation 16) and the actual hydrogen gas concentration ( H2 concentration). For each of a number of standard gases with known hydrogen-containing compositions, two different voltages V1 and V2 were applied to the thermal conductivity measurement means 13 of the hydrogen gas concentration calculation device 72 shown in FIG. 28, and the output difference ΔI between the resulting normalized current values I1 and I2 was calculated. The refractive index of the standard gas was measured to obtain the refractive index converted calorific value QB , and the density of the standard gas was measured to obtain the density converted calorific value QC . The hydrogen gas concentration XH2 was then calculated based on the third hydrogen concentration calculation formula (Equation 16). The results (measured H2 concentration [vol%]) were plotted on the vertical axis, and the actual mixed hydrogen gas concentration ( H2 concentration [vol%]) was plotted on the horizontal axis. The reference gases, including their compositions, are the same as those described in the graph shown in Figure 22, with Figure 29 (A) being for ( CH4 - H2 - N2 ) gas, ( CH4 - H2 ) gas and ( CH4 - N2 ) gas, Figure 29 (B) being for ( CH4 - H2 - CO2 ) gas, (CH4- H2 ) gas and ( CH4 - CO2 ) gas, Figure 29 (C) being for ( CH4 - C2H6 -H2 ) gas, ( CH4 - H2 ) gas and ( CH4 - C2H6 ) gas, and Figure 29 (D) being for ( CH4 - H2 ) gas and ( CH4 - H2 - N2 - CO2 ) gas.

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濃度)と実際の水素ガス濃度(H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。 As is clear from these results, the hydrogen gas concentration measuring device 72 (Equation 16) shown in Figure 28 can keep the error between the measured (calculated) hydrogen gas concentration (measured H2 concentration) and the actual hydrogen gas concentration ( H2 concentration) to approximately ±1 vol%. Furthermore, this error is smaller (no variation) than the error of the hydrogen gas concentration measuring device 70 (Equation 10A), and in particular when only nitrogen gas (and hydrogen gas) are present (Figure 29(A)), the results are nearly consistent with the actual measured value.

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XH2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。 Next, multiple mixed gases close to the composition of realistic natural gas were prepared, and hydrogen gas with a known concentration was mixed with these to create reference gases. The hydrogen gas concentration XH2 was measured using a hydrogen gas concentration measuring device 70 shown in FIG. 20 (a method using the first hydrogen concentration calculation formula (Formula 10A)) and a hydrogen gas concentration measuring device 72 shown in FIG. 28 (a method using the third hydrogen concentration calculation formula (Formula 16)). FIG. 30 is a table summarizing the compositions and calorific values of the eight types of mixed gases (Gas No. 1 to No. 8) prepared. In addition, 0, 5, 10, 15, 20, 25, and 30 vol% hydrogen gas were mixed with these eight types of mixed gases, respectively, to create the reference gases to be measured.

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濃度)を縦軸に、実際の水素ガス濃度(H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。 31 shows the measurement results of the hydrogen gas concentration measuring device 70 shown in FIG. 20 (a method using the first hydrogen concentration calculation formula (Formula 10A)). FIG. 31 (A) is a graph plotting the measured (calculated) hydrogen gas concentration (measured H2 concentration) on the vertical axis and the actual hydrogen gas concentration ( H2 concentration) on the horizontal axis, comparing the errors between the two. FIG. 31 (B) is a graph plotting the error value of FIG. 31 (A) on the vertical axis and the actual hydrogen gas concentration ( H2 concentration) on the horizontal axis, clearly showing the variation in error values due to hydrogen gas concentration. Note that the hydrogen gas concentration on the horizontal axis is the result of measuring the concentration of substantially mixed hydrogen gas with an optical interferometer, and there is a slight deviation from the planned values for the mixture (0, 5, 10, 15, 20, 25, 30 [vol%]).

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。 Gas No. 1 (gas mixed with hydrogen gas, same below) is indicated by a circle, Gas No. 2 by a triangle, Gas No. 3 by a square, Gas No. 4 by a ◇, Gas No. 5 by a ●, Gas No. 6 by a ▲, Gas No. 7 by a ■, and Gas No. 8 by a ◆.

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。 As a result, it became clear that the hydrogen gas concentration measuring device 70 shown in FIG. 20 (a method using the first hydrogen concentration calculation formula (Formula 10A)) can keep the measurement error for the actual hydrogen gas concentration ( H2 concentration) within ±2 vol% regardless of the hydrogen gas concentration, making it possible to perform highly accurate measurements.

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。 Figure 32 shows the measurement results of the hydrogen gas concentration measuring device 72 shown in Figure 28 (method using the third hydrogen concentration calculation formula (Equation 16)), where Figure 32 (A) is a graph corresponding to Figure 31 (A) and Figure 32 (B) is a graph corresponding to Figure 31 (B).

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。 As a result, it became clear that the hydrogen gas concentration measuring device 70 shown in FIG. 28 (a method using the third hydrogen concentration calculation formula (Formula 16)) can keep the measurement error for the actual hydrogen gas concentration ( H2 concentration) within ±1 vol% regardless of the hydrogen gas concentration, making it possible to perform measurements with even higher accuracy.

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。As described above, the hydrogen gas concentration measuring devices 70, 72 according to this embodiment are devices that calculate the concentration of hydrogen gas contained in a target gas containing at least hydrogen gas (particularly, a gas containing at least nitrogen gas and/or carbon dioxide gas in addition to paraffinic hydrocarbon gas) based on at least the thermal output (e.g., thermal conductivity) of the target gas. Furthermore, the hydrogen gas concentration measuring method according to this embodiment is a method that calculates the concentration of hydrogen gas contained in a target gas containing at least hydrogen gas (particularly, a gas containing at least nitrogen gas and/or carbon dioxide gas in addition to paraffinic hydrocarbon gas) based on at least the thermal output (e.g., thermal conductivity).

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。 As an example, the hydrogen gas concentration measuring device 70 includes a thermal conductivity measuring means 13 and a hydrogen gas concentration calculation means 146, and the hydrogen gas concentration calculation means 146 has a first hydrogen concentration calculation formula (Equation 10A) or a second hydrogen concentration calculation formula (Equation 10B).

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。 In addition, both the first hydrogen concentration calculation formula (Formula 10A) and the second hydrogen concentration calculation formula (Formula 10B) are calculation formulas that use the second-order differential value with respect to the voltage of the normalized output (normalized current value I) of the thermal conductivity measuring means 13.

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。 In addition, the hydrogen gas concentration measurement method includes a step of measuring the thermal output (thermal conductivity) of the target gas when two or more different voltages are applied to obtain a standardized current value, and a step of calculating the hydrogen gas concentration in the target gas based on the value of the second-order derivative of the standardized current value I with respect to the voltage.

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。 In addition, the calculation of the hydrogen gas concentration based on the value of the second derivative is performed using the first hydrogen gas concentration calculation formula (Formula 10A) or the second hydrogen gas concentration calculation formula (Formula 10B).

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。 As another example, the hydrogen gas concentration measuring device 72 has a thermal conductivity measuring means 13, a difference calculation means 141, a refractive index converted heat power measuring means 32, a density converted heat power measuring means 55, and a hydrogen gas concentration calculation means 150, and the hydrogen gas concentration calculation means 150 has a third hydrogen concentration calculation formula (formula 16).

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および密度換算熱量Q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。 The hydrogen gas concentration measurement method also includes the steps of measuring the thermal output (thermal conductivity) of a target gas when two different voltages are applied, and calculating the difference in normalized current values corresponding to the two voltages (output difference ΔI), and calculating the hydrogen gas concentration of the target gas using a third hydrogen gas concentration calculation formula (Formula 16) based on the output difference ΔI , the refractive index converted calorific value QB , and the density converted calorific value QC.

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。 In addition, this embodiment may be configured as a program capable of causing a computer to execute each step of the above-mentioned hydrogen gas concentration measurement method.

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。 The thermal output may be a thermal output other than thermal conductivity. Furthermore, the sonic velocity of the target gas may be used instead of the density of the target gas.

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。In recent years, hydrogen gas has been added to natural gas pipelines in some cases, and there is a demand for a simple system to check the amount of added hydrogen gas. Furthermore, when calculating the compression coefficient of natural gas, for example, there is a demand for a system that can separate and detect only the hydrogen gas concentration in natural gas for the purpose of correcting calculations.

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XH2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XH2の測定(算出)が可能となる。 20 (a hydrogen gas concentration calculation method using the first hydrogen gas concentration calculation formula (Formula 10A)), by measuring the thermal output (for example, thermal conductivity) of the target gas, it is possible to calculate the hydrogen gas concentration XH2 in the target gas while reducing errors due to nitrogen gas and carbon dioxide gas in the target gas (by eliminating the effects of these as much as possible). The measurement means for the target gas can be configured using only a general thermal conductivity measurement means 13, which makes it possible to measure (calculate) the hydrogen gas concentration XH2 with high accuracy while being simple and inexpensive.

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XH2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XN2や二酸化炭素ガス濃度XCO2)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。 Furthermore, according to the hydrogen gas concentration calculation device 72 shown in FIG. 28 (a hydrogen gas concentration calculation method using the third hydrogen gas concentration calculation formula (Equation 16)), by measuring the physical properties of the target gas, specifically the refractive index and density (or speed of sound) in addition to the thermal output (e.g., thermal conductivity) of the target gas, it is possible to further reduce errors due to nitrogen gas and carbon dioxide gas in the target gas (almost eliminating their effects) and calculate the hydrogen gas concentration XH2 in the target gas. Although the measurement means for the target gas requires a refractive index and density (or speed of sound) measurement means in addition to a general thermal conductivity measurement means 13, both can be configured with a general optical interferometer or sound speed sensor, and errors due to nitrogen gas and carbon dioxide gas can be further reduced compared to the hydrogen gas concentration measurement device 70 shown in FIG. 20. Furthermore, even if the composition of the target gas (particularly the nitrogen gas concentration XN2 and the carbon dioxide gas concentration XCO2 ) is unknown (without measuring these concentrations), the hydrogen gas concentration in the target gas can be measured (calculated) with high accuracy simply by measuring the target gas itself.

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。 Note that the constants and/or coefficients in each equation in this embodiment are valid within each equation, and even if there are duplicate notations as constants and/or coefficients between different equations, they do not represent the same value.

また、明細書および図面において、XN2、xN2、xNはいずれも窒素ガス濃度を示し、XCO2、xCO2、xCOはいずれも二酸化炭素濃度を示し、XH2、xH2、xHはいずれも水素ガス濃度を示すものとする。 In the specification and drawings, XN2 , xN2 , and xN2 all represent nitrogen gas concentrations, XCO2 , xCO2 , and xCO2 all represent carbon dioxide concentrations, and XH2 , xH2 , and xH2 all represent hydrogen gas concentrations.

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。 In the above embodiment, natural gas and biogas are used as examples of target gases, but this is not limited to these. The target gas can also be coke oven gas (COG), coal gasification (solid coal converted into gaseous fuel gas), naphtha gasification (naphtha converted into gaseous fuel gas), etc.

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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible without departing from its spirit and technical concept.

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
屈折率換算熱量
Q 熱量
CF 補正係数
10 Calorie measuring device 11 Gas pipeline 12 Thermal conductivity converted calorie measuring means 13 Thermal conductivity measuring means 14 Correction means 15 Converted calorie calculation means 18 Output means 30 Calorie measuring device 31 Thermal conductivity converted calorie measuring means 32 Refractive index converted calorie measuring means 33 Calorie calculation means 35 Calorie measuring devices 70, 71, 72 Hydrogen gas concentration measuring devices 146, 149, 150 Third gas concentration calculation means 147 Additional corrected output value calculation means 50 Explosion-proof container 141 Difference calculation means 142 Corrected output value calculation means A Thermal conductivity converted calorie Q B Refractive index converted calorie Q Calorie CF Correction coefficient

Claims (17)

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ものであり
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、
ことを特徴とする熱量測定装置。
A calorimetry device for measuring the calorific value of a target gas,
a thermal conductivity converted calorific value measuring means capable of measuring the calorific value obtained from the thermal conductivity of the target gas;
the target gas contains a first gas as a main component and a second gas that is a measurement error component,
the thermal conductivity converted calorific value measuring means calculates the calorific value of the target gas by correcting an error due to the second gas with respect to the measured output of the target gas based on a relational expression indicating a correlation between the output measured by the thermal conductivity measuring means, which is acquired in advance for a plurality of first gases as references, and the actual calorific value;
The thermal conductivity converted calorific value measuring means
Correction means;
A converted heat quantity calculation means,
The correction means
a difference calculation means for calculating a difference between a first output and a second output measured by applying different voltages to the thermal conductivity measurement means for the target gas;
a corrected output value calculation means for calculating a corrected output value of the target gas based on the difference;
The converted heat amount calculation means
Calculating the calorific value of the target gas based on the corrected output value and the relational expression.
A calorimetric device characterized by:
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。
A calorimetry device for measuring the calorific value of a target gas,
a thermal conductivity converted calorific value measuring means capable of measuring the calorific value obtained from the thermal conductivity of the target gas ;
the target gas contains a first gas as a main component and a second gas that is a measurement error component ,
the first gas is a paraffinic hydrocarbon gas,
the second gas is any one of hydrogen gas, carbon dioxide gas, and nitrogen gas;
the thermal conductivity converted calorific value measuring means calculates the calorific value of the target gas by correcting an error due to the second gas with respect to the measured output of the target gas based on a relational expression indicating a correlation between the output measured by the thermal conductivity measuring means and the actual calorific value , the relational expression being acquired in advance for a plurality of first gases as references ;
A calorimetric device characterized by:
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に記載の熱量測定装置。
the correcting means calculates the corrected output value using a correction formula that is set based on the difference for each type of the second gas.
2. The calorimetric device according to claim 1 .
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ものであり、
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、
ことを特徴とする熱量算出方法。
A calorific value calculation method for calculating a calorific value of a gas, comprising:
The target gas contains a first gas as a main component and a second gas that is a measurement error component ,
and calculating the calorific value of the target gas by correcting an error due to the second gas with respect to the measured output of the target gas based on a relational expression showing a correlation between a measured value of thermal conductivity of the first gas obtained in advance for a plurality of reference gases and an actual calorific value,
applying a first voltage to a thermal conductivity measuring means to measure the target gas and obtain a first output;
applying a second voltage to the thermal conductivity measuring means to measure the target gas and obtain a second output;
obtaining a corrected output value for the target gas based on a difference between the first output and the second output;
and calculating the calorific value of the target gas based on the corrected output value and the relational expression.
A method for calculating calorie content.
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、
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。
A calorific value calculation method for calculating a calorific value of a gas, comprising:
The target gas contains a first gas as a main component and a second gas that is a measurement error component,
the first gas is a paraffinic hydrocarbon gas,
the second gas is any one of hydrogen gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas;
calculating the calorific value of the target gas by correcting an error due to the second gas with respect to the measured output of the target gas based on a relational expression indicating a correlation between a measured value of thermal conductivity of the first gas and an actual calorific value, the measured value being obtained in advance for a plurality of reference gases;
A method for calculating calorie content.
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に記載の熱量算出方法。
the corrected output value is calculated using a correction formula that is set for each type of the second gas based on the difference.
5. The method for calculating the amount of heat according to claim 4 .
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
A calorimetry device for measuring the calorific value of a target gas,
a thermal conductivity converted calorific value measuring means capable of measuring a thermal conductivity converted calorific value obtained from the thermal conductivity of the target gas;
a refractive index converted calorific value measuring means capable of measuring a refractive index converted calorific value obtained from the refractive index of the target gas;
a heat quantity calculation means,
the target gas contains a first gas as a main component and a third gas and a fourth gas that become measurement error components,
the thermal conductivity converted calorific value measuring means is configured to be able to calculate the thermal conductivity converted calorific value by correcting an error due to the third gas based on a relational expression indicating a correlation between an output measured by the thermal conductivity measuring means for a plurality of the first gases and an actual calorific value,
the heat quantity calculation means calculates the heat quantity of the target gas using the thermal conductivity converted heat quantity, the refractive index converted heat quantity, and a coefficient for correcting an error due to the fourth gas .
A calorimetric device characterized by:
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7に記載の熱量測定装置
The thermal conductivity converted calorific value measuring means
Correction means;
A converted heat quantity calculation means,
The correction means
a difference calculation means for calculating a difference between a first output and a second output measured by applying different voltages to the thermal conductivity measurement means for the first gas ;
a corrected output value calculation means for calculating a corrected output value of the first gas based on the difference;
The thermal conductivity converted calorific value measuring means
calculating the thermal conductivity converted heat quantity based on the corrected output value and the relational expression;
8. The calorimetric device according to claim 7 .
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8に記載の熱量測定装置。
a third gas concentration calculation means for acquiring a concentration of the third gas in the target gas (hereinafter referred to as a "third gas concentration") based on the thermal conductivity of the target gas;
and additional correction output value calculation means for further correcting the corrected output value by an additional correction amount based on the third gas concentration to obtain an additional correction output value,
the thermal conductivity converted calorific value measuring means calculates the thermal conductivity converted calorific value based on the additional corrected output value and the relational expression ;
9. The calorimetric device according to claim 8, further comprising:
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9に記載の熱量測定装置。
the additional correction output value calculation means calculates a concentration of the fourth gas in the target gas (hereinafter referred to as "fourth gas concentration") in accordance with the third gas concentration, and calculates the additional correction amount based on the third gas concentration and the fourth gas concentration ;
10. The calorimetric device according to claim 9.
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7乃至請求項10のいずれか一項に記載の熱量測定装置。
the first gas is a paraffinic hydrocarbon gas,
the third gas is hydrogen gas;
The fourth gas is at least one of nitrogen gas and carbon dioxide gas.
11. The calorimetric device according to claim 7, wherein the calorimetric device is a thermocouple .
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
A calorific value calculation method for calculating the calorific value of a target gas, comprising:
the target gas contains a first gas as a main component and a third gas and a fourth gas that become measurement error components,
a step of calculating a heat quantity obtained from the thermal conductivity of the target gas (hereinafter referred to as "thermal conductivity converted heat quantity") by correcting an error due to the third gas based on a relational expression showing a correlation between measured values of thermal conductivity and actual heat quantities for the plurality of first gases;
A step of obtaining a calorific value obtained from the refractive index of the target gas (hereinafter referred to as "refractive index converted calorific value");
calculating the calorific value of the target gas using the thermal conductivity converted calorific value, the refractive index converted calorific value, and a coefficient for correcting an error due to the fourth gas ;
A method for calculating a calorie amount , comprising :
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12に記載の熱量算出方法
applying a first voltage to a thermal conductivity measuring means to measure the target gas and obtain a first output;
applying a second voltage to the thermal conductivity measuring means to measure the target gas and obtain a second output;
obtaining a corrected output value for the target gas based on a difference between the first output and the second output;
calculating the thermal conductivity converted heat quantity based on the corrected output value and the relational expression;
The method for calculating the amount of heat according to claim 12 , further comprising :
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13に記載の熱量算出方法。
acquiring a concentration of the third gas in the target gas (hereinafter referred to as "third gas concentration") based on the thermal conductivity of the target gas;
further correcting the corrected output value by an additional correction amount based on the third gas concentration to obtain an additional corrected output value;
calculating the thermal conductivity converted heat quantity based on the additional corrected output value and the relational expression ;
The method for calculating the amount of heat according to claim 13, further comprising :
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14に記載の熱量算出方法。
calculating a concentration of the fourth gas in the target gas (hereinafter referred to as the "fourth gas concentration") according to the third gas concentration;
calculating the additional correction amount based on the third gas concentration and the fourth gas concentration ;
The method for calculating the amount of heat according to claim 14 .
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12乃至請求項15のいずれか一項に記載の熱量算出方法。
the first gas is a paraffinic hydrocarbon gas,
the third gas is hydrogen gas;
The fourth gas is carbon dioxide gas or nitrogen gas.
The method for calculating the amount of heat according to any one of claims 12 to 15 .
請求項4乃至請求項6、請求項12乃至請求項16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。A program that causes a computer to execute the heat quantity calculation method according to any one of claims 4 to 6 and claims 12 to 16.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007212333A (en) 2006-02-10 2007-08-23 Yamatake Corp Calorimetry method

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3138978B2 (en) * 1995-09-21 2001-02-26 株式会社山武 Calorimetric method
JP3339669B2 (en) * 1996-07-19 2002-10-28 東京瓦斯株式会社 Monitoring method for mixed gas in city gas feedstock using thermal conductivity calorimeter
DE60132709T2 (en) * 2000-11-15 2009-07-09 Advantica Intellectual Property Limited, Loughborough DETERMINATION OF THE EFFECTIVE COMPOSITION OF HYDROCARBON GASES
JP5308842B2 (en) * 2009-01-27 2013-10-09 理研計器株式会社 Calorimetry method and calorimeter
WO2017013897A1 (en) * 2015-07-22 2017-01-26 理研計器株式会社 Methane number calculation method and methane number measurement device
JP6670706B2 (en) * 2016-08-09 2020-03-25 アズビル株式会社 Apparatus and method for measuring calorific value

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007212333A (en) 2006-02-10 2007-08-23 Yamatake Corp Calorimetry method

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