特許 6338511 熱量導出装置及び熱量導出設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6338511

(24)【登録日】2018年5月18日

(45)【発行日】2018年6月6日

(54)【発明の名称】熱量導出装置及び熱量導出設備

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/00 20060101AFI20180528BHJP

   G01N 29/024 20060101ALI20180528BHJP

   G01N 33/22 20060101ALI20180528BHJP

【ＦＩ】

   G01N25/00 Z

   G01N29/024

   G01N33/22 E

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-227265(P2014-227265)

(22)【出願日】2014年11月7日

(65)【公開番号】特開2016-90481(P2016-90481A)

(43)【公開日】2016年5月23日

【審査請求日】2017年6月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000284

【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000103574

【氏名又は名称】株式会社オーバル

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】特許業務法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】赤尾 雅嗣

(72)【発明者】

【氏名】輪玉 信大

【審査官】 福田 裕司

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−１８５８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２１０３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５１４１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５０２２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０９２４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−００６１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００７８９１２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１１／０９６７９９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２５／００

Ｇ０１Ｎ ２９／０２４

Ｇ０１Ｎ ３３／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

予め発熱量が判明している組成の異なる複数のサンプルガス夫々の音速と温度と圧力との関係指標としての音速−温度−圧力関係指標を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶される複数の前記音速−温度−圧力関係指標から、測定対象ガス通流部の測定対象ガスの温度及び圧力における、音速と発熱量との関係指標として求まる音速−発熱量関係指標を生成する指標生成手段と、
前記測定対象ガス通流部を通流する測定対象ガスの音速と、前記指標生成手段にて生成された前記音速−発熱量関係指標とに基づいて前記測定対象ガスの発熱量を求める発熱量導出手段とを備える発熱量導出装置であって、
前記記憶部は、前記音速−温度−圧力関係指標として、
Ｃ＝（α₁・Ｐ²＋α₂・Ｐ＋α₃）Ｔ²＋（α₄・Ｐ²＋α₅・Ｐ＋α₆）Ｔ＋
（α₇・Ｐ²＋α₈・Ｐ＋α₉）
なる回帰式を、従属変数Ｃを前記サンプルガス中の音速とし、独立変数Ｐを前記サンプルガスの圧力とし、独立変数Ｔを前記サンプルガスの温度とし、α₁とα₂とα₃とα₄とα₅とα₆とα₇とα₈とα₉を係数として記憶すると共に、前記係数を前記サンプルガスの複数の異なる発熱量夫々につき記憶する熱量導出装置。

【請求項2】

予め発熱量が判明している組成の異なる複数のサンプルガス夫々の音速と温度と圧力との関係指標としての音速−温度−圧力関係指標を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶される複数の前記音速−温度−圧力関係指標から、測定対象ガス通流部の測定対象ガスの温度及び圧力における、音速と発熱量との関係指標として求まる音速−発熱量関係指標を生成する指標生成手段と、
前記測定対象ガス通流部を通流する測定対象ガスの音速と、前記指標生成手段にて生成された前記音速−発熱量関係指標とに基づいて前記測定対象ガスの発熱量を求める発熱量導出手段とを備える発熱量導出装置であって、
前記記憶部は、前記音速−温度−圧力関係指標として、
Ｃ＝（α₁₀・Ｐ²＋α₁₁・Ｐ＋α₁₂）Ｔ²＋（α₁₃・Ｐ²＋α₁₄・Ｐ＋α₁₅）Ｔ＋
（α₁₆・Ｐ2＋α₁₇・Ｐ＋α₁₈）＋α₁₉・Ｐ³
なる回帰式を、従属変数Ｃを前記サンプルガス中の音速とし、独立変数Ｐを前記サンプルガスの圧力とし、独立変数Ｔを前記サンプルガスの温度とし、α₁₀とα₁₁とα₁₂とα₁₃とα₁₄とα₁₅とα₁₆とα₁₇とα₁₈とα₁₉を係数として記憶すると共に、前記係数を前記サンプルガスの複数の異なる発熱量夫々につき記憶する熱量導出装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の熱量導出装置を備え、
測定対象ガス通流部を通流する測定対象ガスの温度を測定する測定対象ガス温度測定手段と、前記測定対象ガス通流部を通流する前記測定対象ガスの圧力を測定する測定対象ガス圧力測定手段と、前記測定対象ガス通流部を通流する前記測定対象ガスの音速を測定する測定対象ガス音速測定手段とを備え、
前記指標生成手段が、前記記憶部に記憶される複数の前記音速−温度−圧力関係指標から、前記測定対象ガス温度測定手段にて測定される温度と前記測定対象ガス圧力測定手段にて測定される圧力における、音速と発熱量との関係指標として求まる音速−発熱量関係指標を生成する熱量導出設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、予め発熱量が判明している組成の異なる複数のサンプルガス夫々の音速と温度と圧力との関係指標としての音速−温度−圧力関係指標から、測定対象ガス通流部の測定対象ガスの温度及び圧力における、音速と発熱量との関係指標として求まる音速−発熱量関係指標を生成する指標生成手段と、前記測定対象ガス通流部を通流する測定対象ガスの音速と、前記指標生成手段にて生成された前記音速−発熱量関係指標とに基づいて前記測定対象ガスの発熱量を求める発熱量導出手段とを備える熱量導出装置、及び当該熱量導出装置を備えた熱量導出設備に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、都市ガス製造プラント等のガス製造設備として、各家庭等のガス需要部へ供給する製品ガスを、所望の発熱量に調整した状態で供給するものが知られている。（特許文献１を参照）。
当該特許文献１に開示のガス製造設備では、例えば、ベースガスとしての天然ガスを通流するベースガス通流路と、ベースガス通流路を通流するベースガスの流量を計測するベースガス流量計測器と、熱量調整ガス（増熱用ガス）としての石油ガスを通流する熱量調整ガス通流路と、熱量調整ガス通流路を通流する熱量調整ガスの流量を計測する熱量調整ガス流量計測器と、熱量調整ガス通流路を通流する熱量調整ガスの流量を調整する流量調整弁と、ベースガス通流路と熱量調整ガス通流路との接続部の下流側（測定対象ガス通流部）でベースガスに熱量調整ガスが混合された後の製品ガスの発熱量を導出する熱量導出装置と、熱量導出装置にて導出された発熱量に基づいて流量調整弁の弁開度を調整して製品ガスの発熱量を所望の発熱量へ調整する制御装置とを備えている。
即ち、当該ガス製造設備では、熱量導出装置にて導出された熱量が製品ガスの目標発熱量よりも高い場合、制御装置は、流量調整弁の開度を閉じ側へ制御して、熱量調整ガス（増熱用ガス）としての石油ガスの流量を減少して、製品ガスの発熱量を低下させる制御を実行し、熱量導出装置にて導出された熱量が製品ガスの目標発熱量よりも低い場合、制御装置は、流量調整弁の開度を開き側へ制御して、熱量調整ガス（増熱用ガス）としての石油ガスの流量を増加して、製品ガスの発熱量を増加させる制御を実行する。当該制御を実行することにより、製品ガスの発熱量が目標発熱量へ近づくことになる。

【0003】

ここで、熱量導出装置としては、予め発熱量が判明している組成の異なる複数のサンプルガス夫々の音速と温度と圧力との関係指標としての音速−温度−圧力関係指標を記憶する記憶部と、当該記憶部に記憶される複数の音速−温度−圧力関係指標から、測定対象ガス通流部を通流する測定対象ガスの温度及び圧力における、音速と発熱量との関係指標として求まる音速−発熱量関係指標を生成する指標生成手段と、測定対象ガス通流部を通流する測定対象ガスの音速と、指標生成手段にて生成された音速−発熱量関係指標とに基づいて測定対象ガスの発熱量を求める発熱量導出手段とを備えて構成されている。
説明を追加すると、特許文献１に開示の技術にあっては、音速−温度−圧力関係指標は、当該特許文献１の〔図３〕に示されるように、音速が圧力をパラメータとして温度の一次関係式で表されるものと仮定している。従って、記憶部には、特許文献１の〔表２〕に示すように、当該音速と温度の一次関係の係数ａ、ｂを、サンプルガスの発熱量毎、圧力毎に求め、それらの値が記憶されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３６１１４１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に開示の熱量導出装置に示される音速−温度−圧力関係指標は、音速が温度の一次式で表されると仮定し、当該一次式を、サンプルガスの発熱量毎、圧力毎に求めて記憶しているため、細かい圧力に対するデータを記憶しようとすると、そのデータ量が膨大なデータ量となり、当該膨大なデータの取得に伴う手間が大きくなるという問題があった。
一方、細かい圧力に対するデータを記憶しない場合、記憶していない圧力に関しては、記憶している圧力に基づいて補間する必要があるため、当該補間したデータが多くなると、当該熱量導出装置から出力される値の誤差が大きくなるという問題があった。例えば、上記特許文献１に開示の技術において、圧力１．５ＭＰａ、温度２３℃のときに、音速４００ｍ／ｓｅｃの発熱量を導出する場合、まずもって、２３℃における１ＭＰａでの音速−温度データ（特許文献１で図３に示されるデータ）と２ＭＰａでの音速−温度データ（特許文献１で図３に示されるデータ）とを線形補間する形態で、２３℃における１．５ＭＰａの音速を導出し、その後、導出された音速と発熱量との関係から音速−発熱量関係指標（特許文献１で図４に示すグラフ）を生成し、発熱量を導出する必要であった。

【0006】

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シンプルな装置構成を維持しながらも、精度良く発熱量を導出することが可能な熱量導出装置、及び熱量導出設備を提供することになる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するための本発明の熱量導出装置は、
予め発熱量が判明している組成の異なる複数のサンプルガス夫々の音速と温度と圧力との関係指標としての音速−温度−圧力関係指標を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶される複数の前記音速−温度−圧力関係指標から、測定対象ガス通流部の測定対象ガスの温度及び圧力における、音速と発熱量との関係指標として求まる音速−発熱量関係指標を生成する指標生成手段と、
前記測定対象ガス通流部を通流する測定対象ガスの音速と、前記指標生成手段にて生成された前記音速−発熱量関係指標とに基づいて前記測定対象ガスの発熱量を求める発熱量導出手段とを備える発熱量導出装置であって、その特徴構成は、
前記記憶部は、前記音速−温度−圧力関係指標として、
Ｃ＝（α₁・Ｐ²＋α₂・Ｐ＋α₃）Ｔ²＋（α₄・Ｐ²＋α₅・Ｐ＋α₆）Ｔ＋
（α₇・Ｐ²＋α₈・Ｐ＋α₉）・・・〔式１〕
なる回帰式を、従属変数Ｃを前記サンプルガス中の音速とし、独立変数Ｐを前記サンプ
ルガスの圧力とし、独立変数Ｔを前記サンプルガスの温度とし、α₁とα₂とα₃とα₄とα₅とα₆とα₇とα₈とα₉を係数として記憶すると共に、前記係数を前記サンプルガスの複数の異なる発熱量夫々につき記憶する点にある。

【0008】

即ち、発明者らは、熱量導出装置として、記憶部に記憶される音速−温度−圧力関係指標として、上述の〔式１〕に示ように、発熱量毎に、音速が温度の二次式と圧力の二次式とに相関を持つ関数で表されるものと仮定し、その係数α₁とα₂とα₃とα₄とα₅とα₆とα₇とα₈とα₉を、サンプルガスの複数の異なる発熱量夫々につき記憶するものを考案した。
これにより、記憶部には、複数の異なる発熱量毎に上記〔式１〕の係数を保持するため、測定対象ガスを測定する温度と圧力が判明した場合、指標生成手段は、複数の異なる発熱量毎に、上記〔式１〕に判明した温度と圧力を入力して音速を導出し、導出した音速と発熱量との関係を回帰分析することで、音速−発熱量関係指標を生成できる。そして、熱量導出装置は、測定対象ガス通流部を通流する測定対象ガスの音速と、指標生成手段が生成した音速−発熱量関係指標とに基づいて、測定対象ガスの発熱量を導出する。
当該熱量導出装置によれば、記憶部には、発熱量毎に、上記〔式１〕を記憶しておけば良いから、不要に多いデータを記憶部に記憶する必要がなくなる。更に、測定対象ガスを測定する温度と圧力がどのような値であっても、その値を〔式１〕に入力すれば、その温度及び圧力における音速と発熱量との関係が精度良く得られる。即ち、従来の特許文献１に開示の技術の如く、音速の導出工程において、線形補間をする必要がなくなるから、発熱量を導出する際の誤差を低減できる。
上記発明者らが考案した熱量導出装置に基づいて、測定対象ガス（発熱量：３９．９４ＭＪ〜４９．７ＭＪまでの９種類のガス）の発熱量を導出した結果を図２、３、４に示す。図２、３は、圧力と温度を変動させた場合の発熱量の誤差を示すものであり、図２は、複数の温度（図２では、０℃、１０℃、２０℃、３０℃、４０℃、５０℃）において、横軸に圧力を縦軸に発熱量の誤差をとったグラフ図であり、図３は、複数の圧力（図３では、１ＭＰａ、２ＭＰａ、３ＭＰａ、４ＭＰａ、５ＭＰａ、６ＭＰａ、７ＭＰａ、８ＭＰａ、９ＭＰａ、１０ＭＰａ）において、横軸に温度を縦軸に発熱量の誤差をとったグラフ図である。また、図４は、複数の温度及び圧力において導出した発熱量の誤差の分布を示すものである。各グラフにおいて、測定データ数は、５４０（９種類のガス×６温度×１０圧力）である。
当該試験結果によれば、特に、図４から、測定対象のガスの発熱量に対する演算により導かれる発熱量の誤差の分布が、誤差の許容範囲である『−０．２ＭＪ≦誤差≦０．２ＭＪ』の範囲内に、約９０％収めることができていることがわかる。
以上から、本発明によれば、シンプルな装置構成を維持しながらも、精度良く発熱量を導出することが可能な熱量導出装置を実現できる。

【0009】

上記目的を達成するための本発明の熱量導出装置は、
予め発熱量が判明している組成の異なる複数のサンプルガス夫々の音速と温度と圧力との関係指標としての音速−温度−圧力関係指標を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶される複数の前記音速−温度−圧力関係指標から、測定対象ガス通流部の測定対象ガスの温度及び圧力における、音速と発熱量との関係指標として求まる音速−発熱量関係指標を生成する指標生成手段と、
前記測定対象ガス通流部を通流する測定対象ガスの音速と、前記指標生成手段にて生成された前記音速−発熱量関係指標とに基づいて前記測定対象ガスの発熱量を求める発熱量導出手段とを備える発熱量導出装置であって、その特徴構成は、
前記記憶部は、前記音速−温度−圧力関係指標として、
Ｃ＝（α₁₀・Ｐ²＋α₁₁・Ｐ＋α₁₂）Ｔ²＋（α₁₃・Ｐ²＋α₁₄・Ｐ＋α₁₅）Ｔ＋
（α₁₆・Ｐ²＋α₁₇・Ｐ＋α₁₈）＋α₁₉・Ｐ³・・・〔式２〕
なる回帰式を、従属変数Ｃを前記サンプルガス中の音速とし、独立変数Ｐを前記サンプルガスの圧力とし、独立変数Ｔを前記サンプルガスの温度とし、α₁₀とα₁₁とα₁₂とα₁₃とα₁₄とα₁₅とα₁₆とα₁₇とα₁₈とα₁₉を係数として記憶すると共に、前記係数を前記サンプルガスの複数の異なる発熱量夫々につき記憶する点にある。

【0010】

本願の発明者らは、音速−温度−圧力関係指標として、以下の〔式２〕に示すように、音速が温度の二次式と圧力の三次式とで表すことができることを新たに見出した。
特に、本願の発明者らは、上記〔式２〕において、圧力の三次項に関しては、温度とは独立した項とすること、即ち、圧力の三次項と温度の二次項との積（Ｐ³・Ｔ²の項）及び圧力の三次項と温度の一次項との積（Ｐ³・Ｔの項）を含めないことにより、当該〔式２〕に基づいて導出される発熱量の誤差を低減できることを見出した。
本発明の熱量導出装置を用いて、測定対象ガス（発熱量：３９．９４ＭＪ〜４９．７ＭＪまでの９種類のガス）の発熱量を導出した結果を図５、６、７に示す。図５、６は、圧力と温度を変動させた場合の発熱量の誤差を示すものであり、図５は、複数の温度（図５では、０℃、１０℃、２０℃、３０℃、４０℃、５０℃）において、横軸に圧力を縦軸に発熱量の誤差をとったグラフ図であり、図６は、複数の圧力（図６では、１ＭＰａ、２ＭＰａ、３ＭＰａ、４ＭＰａ、５ＭＰａ、６ＭＰａ、７ＭＰａ、８ＭＰａ、９ＭＰａ、１０ＭＰａ）において、横軸に温度を縦軸に発熱量の誤差をとったグラフ図である。また、図７は、複数の温度及び圧力において導出した発熱量の誤差の分布を示すものである。各グラフにおいて、測定データ数は、５４０（９種類のガス×６温度×１０圧力）である。
図５、６から、本発明の熱量導出装置によれば、比較的広範な圧力範囲（１ＭＰａ〜１０ＭＰａ）、及び比較的広範な温度範囲（０℃〜５０℃）において、導出する発熱量の誤差を比較的小さいものに抑えられていることがわかる。更に、図７から、測定対象のガスの発熱量に対する演算により導かれる発熱量の誤差の分布を誤差の許容範囲である『−０．２ＭＪ≦誤差≦０．２ＭＪ』の範囲に、すべて収められており、図４に示した２次式の場合に比べて、誤差を低減できていることがわかる。
以上から、本発明によれば、シンプルな装置構成を維持しながらも、精度良く発熱量を導出することが可能な熱量導出装置を実現できる。

【0011】

上記目的を達成するための本発明の熱量導出設備の特徴構成は、これまで説明した熱量導出装置を備え、
測定対象ガス通流部を通流する測定対象ガスの温度を測定する測定対象ガス温度測定手段と、前記測定対象ガス通流部を通流する前記測定対象ガスの圧力を測定する測定対象ガス圧力測定手段と、前記測定対象ガス通流部を通流する前記測定対象ガスの音速を測定する測定対象ガス音速測定手段とを備え、
前記指標生成手段が、前記記憶部に記憶される複数の前記音速−温度−圧力関係指標から、前記測定対象ガス温度測定手段にて測定される温度と前記測定対象ガス圧力測定手段にて測定される圧力における、音速と発熱量との関係指標として求まる音速−発熱量関係指標を生成する点にある。

【0012】

上記特徴構成によれば、上述した熱量導出装置に加え、測定対象ガス通流部を通流する測定対象ガスの温度、圧力、音速の夫々を測定する手段を備えることで、例えば、都市ガス製造プラント等のガス製造設備に備えられる熱量導出設備を、シンプルな装置構成を維持しながらも、精度良く発熱量を導出することができるものとできる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】熱量導出装置及び熱量導出設備を含むガス製造設備の概略構成図

【図2】複数の圧力及び温度で、第１実施形態の熱量導出装置により導出した発熱量の誤差を示すグラフ図

【図3】複数の圧力及び温度で、第１実施形態の熱量導出装置により導出した発熱量の誤差を示すグラフ図

【図4】複数の圧力及び温度で、第１実施形態の熱量導出装置により導出した発熱量の誤差の分布を示すグラフ図

【図5】複数の圧力及び温度で、第２実施形態の熱量導出装置により導出した発熱量の誤差を示すグラフ図

【図6】複数の圧力及び温度で、第２実施形態の熱量導出装置により導出した発熱量の誤差を示すグラフ図

【図7】複数の圧力及び温度で、第２実施形態の熱量導出装置により導出した発熱量の誤差の分布を示すグラフ図

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の実施形態に係る熱量導出装置１００及び熱量導出設備２００を図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る熱量導出装置１００及び熱量導出設備２００を備えた都市ガス製造プラント等のガス製造設備３００の概略構成図である。
ガス製造設備３００は、各家庭等のガス需要部（図示せず）へ供給する製品ガスを、所望の発熱量に調整して供給するものであり、ベースガスとしての天然ガスを液体状態で貯留する天然ガス貯留槽２１と、当該天然ガス貯留槽２１から供給される天然ガスを通流するベースガス通流路Ｌ２と、当該ベースガス通流路Ｌ２で天然ガス貯留槽２１からの供給直後の液化天然ガスと熱媒（例えば、海水）とを熱交換する形態で天然ガスを気化する液化天然ガス気化器２２と、当該液化天然ガス気化器２２の下流側でベースガス通流路Ｌ２を通流するベースガスの流量を計測するベースガス流量計測器２３と、熱量調整ガス（増熱用ガス）としての石油ガスを液体状態で貯留する石油ガス貯留槽１１と、当該石油ガス貯留槽１１から供給される石油ガスを通流する熱量調整ガス通流路Ｌ１と、当該熱量調整ガス通流路Ｌ１で石油ガス貯留槽１１から供給された直後の液化石油ガスと熱媒（例えば、海水）とを熱交換する形態で石油ガスを気化する液化石油ガス気化器１２と、当該液化石油ガス気化器１２の下流側で熱量調整ガス通流路Ｌ１を通流する石油ガスの流量を制御する流量調整弁１３と、当該熱量調整ガス通流路Ｌ１を通流する石油ガスの流量を計測する熱量調整ガス流量計測器１４とを備えている。
ベースガス通流路Ｌ２でベースガス流量計測器２３の下流側部位と、熱量調整ガス通流路Ｌ１で流量調整弁１３及び熱量調整ガス流量計測器１４の下流側部位とが接続されており、当該接続部位にて、ベースガスとしての天然ガスに熱量調整ガスとしての石油ガスが混合され、製品ガスが生成される。
更に、ベースガス通流路Ｌ２で、熱量調整ガス通流路Ｌ１との接続部位の下流側流路Ｌ３には、当該下流側流路Ｌ３を通流する製品ガスの発熱量Ｑを導出する熱量導出設備２００が設けられている。尚、当該熱量導出設備２００は、導出した製品ガスの発熱量Ｑに基づいて、製品ガスの発熱量Ｑを調整する熱量調整機能をも有するものである。

【0015】

以下、当該熱量導出設備２００につき、説明を追加する。
当該熱量導出設備２００は、下流側流路Ｌ３（測定対象ガス通流路の一例）を通流する製品ガス（測定対象ガスの一例）の音速を測定可能な超音波計測器３０（測定対象ガス音速測定手段の一例）と、下流側流路Ｌ３を通流する製品ガスの温度を測定する温度計３２と、下流側流路Ｌ３を通流する製品ガスの圧力を測定する圧力計３３と、当該超音波計測器３０と温度計３２と圧力計３３との計測結果に基づいて、製品ガスの発熱量Ｑを導出可能な熱量導出装置１００とから構成されている。

【0016】

〔超音波計測器３０〕
超音波計測器３０は、一対の超音波送受信器３１ａ、３１ｂと、当該一対の超音波送受信器３１ａ、３１ｂの計測結果に基づいて、製品ガス中を伝播する超音波の音速を導出する音速導出部Ｃ５とから構成されている。
一対の超音波送受信器３１ａ、３１ｂは、その詳細な図示は省略するが、当該一対の超音波送受信器３１ａ、３１ｂから送受信される超音波が下流側流路Ｌ３を斜めに横断するように配置されている。ここで、一対の超音波送受信器３１ａ、３１ｂは、下流側流路Ｌ３の流路軸Ｚに沿う方向で異なる位置に配設されており、両者間を伝播する超音波は、下流側流路Ｌ３を通流する製品ガスの流速ｖの影響を受ける。このため、超音波の伝播時間は、上流側から下流側へ伝播される超音波の逆方向伝播時間Ｔ２１が長くなり、上流側から下流側へ伝播する超音波の順方向伝播時間Ｔ１２が短くなる状態で、計測される。

【0017】

当該逆方向伝播時間Ｔ２１、順方向伝播時間Ｔ１２は、製品ガスの流速をｖ、超音波の伝播距離を２Ｌ、下流側流路Ｌ３の流路軸Ｚと超音波の成す角度（図１に示す角度）をθ、超音波の音速をＣとする場合、以下の〔式３〕、〔式４〕で表される。
Ｔ１２＝２Ｌ／（Ｃ−ｖｃｏｓθ）・・・〔式３〕
Ｔ２１＝２Ｌ／（Ｃ＋ｖｃｏｓθ）・・・〔式４〕
当該〔式３〕、〔式４〕は、超音波の音速Ｃ、製品ガスの流速ｖのみが未知変数であるため、音速導出部Ｃ５は、両者を連立することにより、超音波の音速Ｃを導出することができる。

【0018】

〔熱量導出装置〕
熱量導出装置１００は、超音波計測器３０にて導出された下流側流路Ｌ３を伝播する超音波の音速Ｃと、温度計３２にて計測された下流側流路Ｌ３を通流する製品ガスの温度と、圧力計３３にて計測された下流側流路Ｌ３を通流する製品ガスの圧力とに基づいて、製品ガスの発熱量Ｑを導出可能に構成されている。
説明を追加すると、熱量導出装置１００は、予め発熱量が判明している組成の異なる複数のサンプルガス夫々の音速と温度と圧力との関係指標としての音速−温度−圧力関係指標を記憶する記憶部Ｃ３と、当該記憶部Ｃ３に記憶される複数の音速−温度−圧力関係指標から、下流側流路Ｌ３の製品ガスの温度及び圧力における、音速と発熱量との関係指標として求まる音速−発熱量関係指標を生成する指標生成手段Ｃ４と、超音波計測器３０にて計測される製品ガスの音速Ｃと、指標生成手段Ｃ４にて生成された音速−発熱量関係指標とに基づいて製品ガスの発熱量Ｑを求める発熱量導出手段Ｃ２と、当該発熱量導出手段Ｃ２にて導出された製品ガスの発熱量Ｑに基づいて、熱量調整ガスの供給量を調整する熱量調整手段Ｃ１とを備えて構成されている。
当該熱量導出装置１００の熱量調整手段Ｃ１、発熱量導出手段Ｃ２、記憶部Ｃ３、指標生成手段Ｃ４の夫々は、複数の半導体集積装置等から成るハードウェア群と、当該ハードウェア群と協働して機能するソフトウェア群とから構成されている。

【0019】

本発明の第２実施形態に係る熱量導出装置１００は、記憶部Ｃ３が、音速−温度−圧力関係指標として、以下の〔式１〕を記憶している。

【0020】

Ｃ＝（α₁・Ｐ²＋α₂・Ｐ＋α₃）Ｔ²＋（α₄・Ｐ²＋α₅・Ｐ＋α₆）Ｔ＋
（α₇・Ｐ²＋α₈・Ｐ＋α₉）・・・〔式１〕

【0021】

上記〔式１〕において、従属変数Ｃはサンプルガス中の音速であり、独立変数Ｐはサンプルガスの圧力であり、独立変数Ｔはサンプルガスの温度であり、α₁とα₂とα₃とα₄とα₅とα₆とα₇とα₈とα₉は係数である。
つまり、本発明の第１実施形態に係る熱量導出装置１００にあっては、〔式１〕において、音速Ｃが、温度Ｔの二次、及び圧力Ｐの二次の式で表される形態で、記憶部Ｃ３に記憶している。

【0022】

ここで、サンプルガス中の音速は、サンプルガスの圧力Ｐと温度Ｔに依存して変動するものであるが、その依存関係は、サンプルガスの発熱量Ｑ（サンプルガスのガスの組成）に応じて異なる。
そこで、記憶部Ｃ３は、上記〔式１〕を記憶する際、サンプルガスの発熱量Ｑ毎に、α₁とα₂とα₃とα₄とα₅とα₆とα₇とα₈とα₉の係数を記憶している。

【0023】

ここで、サンプルガスの発熱量Ｑ毎のα₁とα₂とα₃とα₄とα₅とα₆とα₇とα₈とα₉の値を導出する導出環境、導出方法について説明する。
下流側流路Ｌ３に、特定の発熱量Ｑに調整されたサンプルガスを、所定の流量（例えば、０．１ｍ／ｓｅｃ）で通流させている環境で、下流側流路Ｌ３の圧力Ｐと温度Ｔとを変動させ、音速Ｃ、圧力Ｐ、及び温度Ｔを測定する。これにより、特定の発熱量Ｑにおいて、圧力Ｐと温度Ｔと音速Ｃとの組が複数計測される。
このようにして、計測された圧力Ｐと温度Ｔと音速Ｃとの組の複数を、〔式１〕に入力して、得られた〔式１〕を回帰分析する形態で、特定の発熱量Ｑにおける〔式１〕の係数α₁とα₂とα₃とα₄とα₅とα₆とα₇とα₈とα₉を決定する。
同様の処理を、複数の発熱量Ｑに対して実行し、複数の発熱量Ｑにおける係数α₁とα₂とα₃とα₄とα₅とα₆とα₇とα₈とα₉を決定する。

【0024】

次に、指標生成手段Ｃ４は、発熱量Ｑが未知で測定対象の製品ガスが下流側流路Ｌ３に通流されている状態で、温度計３２にて計測される温度Ｔ、及び圧力計３３にて計測される圧力Ｐを得、当該温度Ｔ及び圧力Ｐを、記憶部Ｃ３に記憶されている音速−温度−圧力関係指標としての複数の〔式１〕に入力し、「発熱量Ｑと音速Ｃとの値の組」を得る。

【0025】

指標生成手段Ｃ４は、例えば、発熱量Ｑと音速Ｃとが、以下の〔式５〕に示すような関係にあると仮定し、当該〔式５〕に、「発熱量Ｑと音速Ｃとの組」を入力して得られた関係を回帰分析することで、係数α₂₁とα₂₂とα₂₃を導出し、音速−発熱量関係指標を得る。
Ｑ＝α₂₁・Ｃ²＋α₂₂・Ｃ＋α₂₃・・・〔式５〕

【0026】

発熱量導出手段Ｃ２は、実際に発熱量Ｑを導出する製品ガスが下流側流路Ｌ３に通流されている状態で超音波計測器３０にて計測される音速Ｃを、指標生成手段Ｃ４にて生成された音速−発熱量関係指標に入力する形態で、製品ガスの発熱量Ｑを導出する。

【0027】

熱量調整手段Ｃ１は、発熱量導出手段Ｃ２にて導出された製品ガスの発熱量と、例えば図示しない入力部から入力された製品ガスの目標発熱量とを比較し、導出した製品ガスの発熱量Ｑが目標発熱量からずれている場合、熱量調整ガスの流量を調整するべく、流量調整弁１３の開度を調整する。
熱量調整手段Ｃ１は、導出した製品ガスの発熱量Ｑと目標発熱量との差と、ベースガス流量計測器２３にて計測されるベースガスの流量と、熱量調整ガス流量計測器１４にて計測される熱量調整ガスの流量とに基づいて、流量調整弁１３の開度を調整する。これにより、製品ガスの発熱量Ｑが目標発熱量に調整される。

【0028】

次に、本発明の実施形態に係る熱量導出装置１００及び熱量導出設備２００を用いて、製品ガス（発熱量：３９．９４ＭＪ〜４９．７ＭＪまでの９種類のガス）の発熱量を導出した結果を図２、３、４に示す。図２、３は、圧力と温度を変動させた場合の発熱量の誤差を示すものであり、図２は、複数の温度（図２では、０℃、１０℃、２０℃、３０℃、４０℃、５０℃）において、横軸に圧力を縦軸に発熱量の誤差をとったグラフ図であり、図３は、複数の圧力（図３では、１ＭＰａ、２ＭＰａ、３ＭＰａ、４ＭＰａ、５ＭＰａ、６ＭＰａ、７ＭＰａ、８ＭＰａ、９ＭＰａ、１０ＭＰａ）において、横軸に温度を縦軸に発熱量の誤差をとったグラフ図である。また、図４は、複数の温度及び圧力において導出した発熱量の誤差の分布を示すものである。各グラフにおいて、測定データ数は、５４０（９種類のガス×６温度×１０圧力）である。
当該試験結果によれば、特に、図４から、測定対象のガスの発熱量に対する演算により導かれる発熱量の誤差の分布が、誤差の許容範囲である『−０．２ＭＪ≦誤差≦０．２ＭＪ』の範囲内に、約９０％収めることができていることがわかる。

【0029】

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る熱量導出装置１００及び熱量導出設備２００につき、説明する。ただし、第１実施形態に係る熱量導出装置１００及び熱量導出設備２００と同一の構成に関しては、第１実施形態と同一の符号を付すこととし、その説明を割愛することがある。
本発明の第２実施形態に係る熱量導出装置１００は、記憶部Ｃ３が、音速−温度−圧力関係指標として、以下の〔式２〕を記憶している。

【0030】

Ｃ＝（α₁₀・Ｐ²＋α₁₁・Ｐ＋α₁₂）Ｔ²＋（α₁₃・Ｐ²＋α₁₄・Ｐ＋α₁₅）Ｔ＋
（α₁₆・Ｐ²＋α₁₇・Ｐ＋α₁₈）＋α₁₉・Ｐ³・・・〔式２〕

【0031】

上記〔式２〕において、従属変数Ｃはサンプルガス中の音速であり、独立変数Ｐはサンプルガスの圧力であり、独立変数Ｔはサンプルガスの温度であり、α₁₀とα₁₁とα₁₂とα₁₃とα₁₄とα₁₅とα₁₆とα₁₇とα₁₈とα₁₉は係数である。
つまり、本発明の第２実施形態に係る熱量導出装置１００にあっては、〔式２〕において、音速Ｃが、温度Ｔの二次、及び圧力Ｐの三次の式で表されると仮定し、特に、圧力Ｐの三次項に関しては、温度Ｔに依存しない圧力Ｐの三次項のみを含む形態（Ｔ・Ｐ³、Ｔ²・Ｐ³の項は、含まない形態）で記憶している。

【0032】

ここで、サンプルガス中の音速は、サンプルガスの圧力Ｐと温度Ｔに依存して変動するものであるが、その依存関係は、サンプルガスの発熱量Ｑ（サンプルガスのガスの組成）に応じて異なる。
そこで、記憶部Ｃ３は、上記〔式２〕を記憶する際、以下の〔表１〕に例示するように、サンプルガスの発熱量Ｑ毎に、α₁₀とα₁₁とα₁₂とα₁₃とα₁₄とα₁₅とα₁₆とα₁₇とα₁₈とα₁₉の係数を記憶している。

【0033】

【表1】

即ち、当該〔表１〕の例の場合、９つの異なる発熱量Ｑの夫々に対応する形態で、α₁₀とα₁₁とα₁₂とα₁₃とα₁₄とα₁₅とα₁₆とα₁₇とα₁₈とα₁₉を記憶している。即ち、〔式２〕としては、９つの関係式が記憶されることになる。

【0034】

ここで、〔表１〕に示される値を導出する導出環境、導出方法について説明する。
下流側流路Ｌ３に、特定の発熱量Ｑに調整されたサンプルガスを、所定の流量（例えば、０．１ｍ／ｓｅｃ）で通流させている環境で、下流側流路Ｌ３の圧力Ｐと温度Ｔとを変動させ、音速Ｃ、圧力Ｐ、及び温度Ｔを測定する。これにより、特定の発熱量Ｑにおいて、圧力Ｐと温度Ｔと音速Ｃとの組が複数計測される。
このようにして、計測された圧力Ｐと温度Ｔと音速Ｃとの組の複数を、〔式２〕に入力して、得られた〔式２〕を回帰分析する形態で、特定の発熱量Ｑにおける〔式２〕の係数α₁₀とα₁₁とα₁₂とα₁₃とα₁₄とα₁₅とα₁₆とα₁₇とα₁₈とα₁₉を決定する。
同様の処理を、複数の発熱量Ｑに対して実行し、〔表１〕の値を得る。

【0035】

次に、指標生成手段Ｃ４は、発熱量Ｑが未知で測定対象の製品ガスが下流側流路Ｌ３に通流されている状態で、温度計３２にて計測される温度Ｔ、及び圧力計３３にて計測される圧力Ｐを得、当該温度Ｔ及び圧力Ｐを、記憶部Ｃ３に記憶されている音速−温度−圧力関係指標としての９つの〔式２〕に入力し、例えば以下の〔表２〕に示す発熱量Ｑと音速Ｃとの値の組を得る。

【0036】

【表2】

【0037】

指標生成手段Ｃ４は、例えば、発熱量Ｑと音速Ｃとが、以下の〔式６〕に示すような関係にあると仮定し、当該〔式６〕に〔表２〕に示される発熱量Ｑと音速Ｃとの組を入力して得られた関係を回帰分析することで、係数α₂₄とα₂₅とα₂₆を導出し、音速−発熱量関係指標を得る。
Ｑ＝α₂₄・Ｃ²＋α₂₅・Ｃ＋α₂₆・・・〔式６〕

【0038】

発熱量導出手段Ｃ２は、実際に発熱量Ｑを導出する製品ガスが下流側流路Ｌ３に通流されている状態で超音波計測器３０にて計測される音速Ｃを、指標生成手段Ｃ４にて生成された音速−発熱量関係指標に入力する形態で、製品ガスの発熱量Ｑを導出する。

【0039】

熱量調整手段Ｃ１は、発熱量導出手段Ｃ２にて導出された製品ガスの発熱量と、例えば図示しない入力部から入力された製品ガスの目標発熱量とを比較し、導出した製品ガスの発熱量Ｑが目標発熱量からずれている場合、熱量調整ガスの流量を調整するべく、流量調整弁１３の開度を調整する。
熱量調整手段Ｃ１は、導出した製品ガスの発熱量Ｑと目標発熱量との差と、ベースガス流量計測器２３にて計測されるベースガスの流量と、熱量調整ガス流量計測器１４にて計測される熱量調整ガスの流量とに基づいて、流量調整弁１３の開度を調整する。これにより、製品ガスの発熱量Ｑが目標発熱量に調整される。

【0040】

次に、本発明の第２実施形態に係る熱量導出装置１００及び熱量導出設備２００を用いて、製品ガス（発熱量：３９．９４ＭＪ〜４９．７ＭＪまでの９種類のガス）の発熱量Ｑを導出した結果を図５、６、７に示す。図５、６は、圧力Ｐと温度Ｔを変動させた場合の発熱量Ｑの誤差を示すものであり、図５は、複数の温度Ｔ（図５では、０℃、１０℃、２０℃、３０℃、４０℃、５０℃）において、横軸に圧力Ｐを縦軸に発熱量Ｑの誤差をとったグラフ図であり、図６は、複数の圧力Ｐ（図６では、１ＭＰａ、２ＭＰａ、３ＭＰａ、４ＭＰａ、５ＭＰａ、６ＭＰａ、７ＭＰａ、８ＭＰａ、９ＭＰａ、１０ＭＰａ）において、横軸に温度Ｔを縦軸に発熱量Ｑの誤差をとったグラフ図である。また、図７は、複数の温度Ｔ及び圧力Ｐにおいて導出した発熱量Ｑの誤差の分布を示すものである。各グラフにおいて、測定データ数は、５４０（９種類のガス×６温度×１０圧力）である。
図５、６から、本発明の第２実施形態に係る熱量導出装置１００及び熱量導出設備２００によれば、比較的広範な圧力範囲（１ＭＰａ〜１０ＭＰａ）、及び比較的広範な温度範囲（０℃〜５０℃）において、導出する発熱量Ｑの誤差を比較的小さいものに抑えられていることがわかる。更に、図７から、測定対象のガスの発熱量に対する演算により導かれる発熱量Ｑの誤差の分布を、誤差の許容範囲である『−０．２ＭＪ≦誤差≦０．２ＭＪ』の範囲に、すべて収められていることがわかる。

【0041】

＜別実施形態＞
（１）上記実施形態では、ベースガスとして天然ガスを、熱量調整ガス（増熱用ガス）として石油ガスを用いる例を示したが、別に他の各種ガスを用いられているガス製造設備３００においても、本発明の熱量導出装置１００及び熱量導出設備２００は、有効に利用可能である。
例えば、ベースガスとしてバイオガスを採用している場合等であっても、本発明を有効に利用することができる。

【0042】

（２）上記実施形態では、熱量導出装置１００が、ガス製造設備３００の熱量調整ガスの流量を調整する形態で、製品ガスの発熱量Ｑを調整する熱量調整手段Ｃ１を備える構成例を示した。しかしながら、熱量導出装置１００は、当該熱量調整手段Ｃ１を含まない構成であっても構わない。
即ち、本願にあっては、熱量導出装置１００として、熱量調整手段Ｃ１を含まない構成で、測定対象ガスの発熱量のみを導出する装置も、権利範囲に含むものである。
また、熱量導出設備２００にあっても、熱量調整手段Ｃ１を含まない構成で、測定対象ガスの発熱量のみを導出する装置も、権利範囲に含むものである。

【0043】

尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0044】

本発明の熱量導出装置及び熱量導出設備は、シンプルな装置構成を維持しながらも、精度良く発熱量を導出することが可能な熱量導出装置、及び熱量導出設備として、有効に利用可能である。

【符号の説明】

【0045】

３０ ：超音波計測器
３２ ：温度計
３３ ：圧力計
１００ ：熱量導出装置
２００ ：熱量導出設備
Ｃ ：音速
Ｃ１ ：熱量調整手段
Ｃ２ ：発熱量導出手段
Ｃ３ ：記憶部
Ｃ４ ：指標生成手段
Ｌ３ ：下流側流路
Ｐ ：圧力
Ｑ ：発熱量
Ｔ ：温度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】