特開 2023-155667 熱量計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023155667

(43)【公開日】2023-10-23

(54)【発明の名称】熱量計

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/22 20060101AFI20231016BHJP

【ＦＩ】

G01N25/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022065126

(22)【出願日】2022-04-11

(71)【出願人】

【識別番号】501418498

【氏名又は名称】矢崎エナジーシステム株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145908

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 信雄

(74)【代理人】

【識別番号】100136711

【弁理士】

【氏名又は名称】益頭 正一

(72)【発明者】

【氏名】小澤 尚史

(72)【発明者】

【氏名】名川 良春

(72)【発明者】

【氏名】南 辰志

(72)【発明者】

【氏名】倉橋 香那子

【テーマコード（参考）】

2G040

【Ｆターム（参考）】

2G040AB12

2G040BA04

2G040BA23

2G040BB09

2G040CA01

2G040DA03

2G040DA11

2G040DA21

2G040EA02

2G040EB02

2G040HA08

2G040HA16

(57)【要約】

【課題】水素を含む燃料ガスの熱量を高精度に測定できる熱量計を提供する。
【解決手段】水素を含む燃料ガスの熱量を測定する熱量計１００であって、水素を常温で燃焼させるための触媒１２２と、触媒１２２における常温での燃焼による水素の上昇温度を測定する熱電対１２１と、燃料ガスに含まれる水素以外の可燃性ガスを加熱下で燃焼させるための触媒１３２と、触媒１３２を加熱するヒーター１３４と、触媒１３２における加熱下での燃焼による可燃性ガスの上昇温度を測定する熱電対１３１とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素を含む燃料ガスの熱量を測定する熱量計であって、
前記水素を常温で燃焼させるための第１触媒と、
前記第１触媒における常温での燃焼による前記水素の上昇温度を測定する第１測温体と、
前記燃料ガスに含まれる前記水素以外の可燃性ガスを加熱下で燃焼させるための第２触媒と、
前記第２触媒を加熱する加熱部と、
前記第２触媒における加熱下での燃焼による前記可燃性ガスの上昇温度を測定する第２測温体と
を備える熱量計。

【請求項2】

前記第１測温体により測定された前記水素の上昇温度に基づいて第１熱量を算出し、前記第２測温体により測定された前記可燃性ガスの上昇温度に基づいて第２熱量を算出し、前記第１熱量と前記第２熱量との合計値を算出する算出部を備える請求項１に記載の熱量計。

【請求項3】

前記第１触媒、前記第１測温体の測温接点、前記第２触媒、前記第２測温体の測温接点を収容し、前記燃料ガスが流入する管材を備え、
前記第１触媒、及び前記第２触媒が、前記燃料ガスが前記第１触媒を通過し、前記第１触媒を通過した前記燃料ガスが前記第２触媒を通過するように、前記管材に収容されている請求項１又は２に記載の熱量計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱量計に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料ガスの熱量測定に用いられる熱量計として、燃料ガスの通路内に熱電対と触媒とを設け、通路内を通過する燃料ガスの触媒燃焼による発熱量を熱電対で測定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の熱量計では、ヒーター用のニクロム線が触媒の周囲に巻回されており、メタン（ＣＨ_４）等の燃料ガスが燃焼温度に加熱される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６０－４４８５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

水素（Ｈ_２）を含む燃料ガスの熱量測定に、特許文献１に記載されているような従来の熱量計を用いる場合、水素とメタン等の水素以外の可燃性ガスとの燃焼温度の差を要因として測定誤差が生じることが、本願の発明者等の実験により確認された。

【0005】

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、水素を含む燃料ガスの熱量を高精度に測定できる熱量計を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る熱量計は、水素を含む燃料ガスの熱量を測定する熱量計であって、前記水素を常温で燃焼させるための第１触媒と、前記第１触媒における常温での燃焼による前記水素の上昇温度を測定する第１測温体と、前記燃料ガスに含まれる前記水素以外の可燃性ガスを加熱下で燃焼させるための第２触媒と、前記第２触媒を加熱する加熱部と、前記第２触媒における加熱下での燃焼による前記可燃性ガスの上昇温度を測定する第２測温体とを備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明の熱量計によれば、第１触媒における常温での燃焼による水素の上昇温度を第１測温体で測定し、第２触媒における加熱下での燃焼による水素以外の可燃性ガスの上昇温度を第２測温体で測定することにより、水素を含む燃料ガスの熱量を高精度に測定できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る熱量計を備える測定システムの概略を示すブロック図である。

【図2】図２は、図１に示す熱量計の構成を示す断面図である。

【図3】図３は、比較例に係る熱量計の構成を示す断面図である。

【図4】図４は、比較例に係る熱量計を用いてＮｏ．１１～Ｎｏ．１５の試験ガスの熱量Ｑ’［Ｊ］と上昇温度ΔＴ［℃］とを測定した結果を示すグラフである。

【図5】図５は、比較例に係る熱量計を用いてＮｏ．１６～Ｎｏ．１８の試験ガスの単位体積当たり熱量Ｑ［ＭＪ／Ｎｍ^３］を測定した結果を示すグラフである。

【図6】図６は、本実施形態に係る熱量計にＮｏ．１～Ｎｏ．４の試験ガスを連続的に供給して水素、メタンの濃度と燃焼による上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］，ΔＴ_Ｅ［℃］との相関を確認した結果を示す表及びグラフである。

【図7】図７は、本実施形態に係る熱量計にＮｏ．１～Ｎｏ．４の試験ガスを間欠的に供給して水素、メタンの濃度と燃焼による上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］，ΔＴ_Ｅ［℃］との相関を確認した結果を示す表及びグラフである。

【図8】図８は、本発明の他の実施形態に係る熱量計の構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用される。

【0010】

図１は、本発明の一実施形態に係る熱量計１００を備える測定システム１の概略を示すブロック図である。この図に示すように、測定システム１は、ガス混合装置１０と、熱量計１００とを備える。ガス混合装置１０は、可燃性ガスと空気とを混合することにより混合ガスを燃料ガスとして熱量計１００に供給する。熱量計１００は、ガス混合装置１０から供給された燃料ガスを燃焼させて発熱量を測定する。

【0011】

ガス混合装置１０は、第１配管１１と、第２配管１２と、第３配管１３と、第１流量計１４Ａと、第２流量計１４Ｂと、第１バルブ１５Ａと、第２バルブ１５Ｂと、混合器１６と、第１レギュレーターＲ１と、第２レギュレーターＲ２とを備える。

【0012】

第１配管１１は、第１レギュレーターＲ１と混合器１６とを接続し、第１レギュレーターＲ１を通して供給される可燃性ガスを混合器１６まで導く。第１流量計１４Ａは、第１配管１１に設けられ、第１配管１１を流れる可燃性ガスの流量を測定する。第１バルブ１５Ａは、第１配管１１における第１流量計１４Ａより下流側に設けられ、混合器１６に供給される可燃性ガスの流量を調整するニードルバルブ等の流量調整バルブである。

【0013】

第２配管１２は、第２レギュレーターＲ２と混合器１６とを接続し、第２レギュレーターＲ２を通して供給される空気を混合器１６まで導く。第２流量計１４Ｂは、第２配管１２に設けられ、第２配管１２を流れる空気の流量を測定する。第２バルブ１５Ｂは、第２配管１２における第２流量計１４Ｂより下流側に設けられ、混合器１６に供給される空気の流量を調整するニードルバルブ等の流量調整バルブである。

【0014】

混合器１６は、第１配管１１から供給された可燃性ガスと第２配管１２から供給された空気とを混合する。この混合器１６には、第３配管１３が接続されている。この第３配管１３は、混合器１６において混合された混合ガスを燃料ガスとして熱量計１００に供給する。

【0015】

熱量計１００は、燃焼測温部１１０と、定電圧源（電圧源）１０２と、データロガー１０３と、演算装置１０４とを備える。燃焼測温部１１０には、第３配管１３から燃料ガスが供給される。定電圧源１０２は、燃焼測温部１１０に電力を供給する。燃焼測温部１１０は、定電圧源１０２から供給される電力により駆動され、第３配管１３から供給された燃料ガスを燃焼させて燃焼による燃料ガスの上昇温度を測定する。

【0016】

図２は、図１に示す熱量計１００の構成を示す断面図である。この図に示す熱量計１００は、第１燃焼測温部１２０と第２燃焼測温部１３０とを備え、水素を含む燃料ガスの熱量測定に対応する。

【0017】

第１燃焼測温部１２０は、燃料ガスに含まれる水素を常温で燃焼させその燃焼による水素の上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］を測定する。他方で、第２燃焼測温部１３０は、燃料ガスに含まれるメタン等の水素以外の可燃性ガスを加熱下で燃焼させその燃焼による当該可燃性ガスの上昇温度ΔＴ_Ｅ［℃］を測定する。

【0018】

燃焼測温部１１０は、管材１１１を備える。管材１１１は縦向きに配されており、管材１１１の上端に第３配管１３が接続されている。管材１１１は、燃料ガスの燃焼時の温度に対する耐熱性と、燃焼時の燃料ガスの管材１１１外への放熱を抑える低い伝熱性とを有する管材である。本実施形態の管材１１１は、内径が４ｍｍの円筒状のセラミックチューブである。なお、管材１１１の内径は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。また、管材１１１はステンレスチューブでもよい。

【0019】

管材１１１には、第１燃焼測温部１２０と第２燃焼測温部１３０とが設けられている。第１燃焼測温部１２０と第２燃焼測温部１３０とは、燃料ガスの流れ方向に第１燃焼測温部１２０、第２燃焼測温部１３０の順で直列に配されている。このため、第３配管１３から管材１１１に供給された燃料ガスは、まず、第１燃焼測温部１２０を通過する。この際、燃料ガスに含まれる水素が常温で燃焼されその燃焼による水素の上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］が測定される。そして、第１燃焼測温部１２０を通過した燃料ガスが、第２燃焼測温部１３０を通過する。この際、燃料ガスに含まれるメタン等の水素以外の可燃性ガスが、加熱下で燃焼されその燃焼による当該可燃性ガスの上昇温度ΔＴ_Ｅ［℃］が測定される。

【0020】

第１燃焼測温部１２０は、熱電対１２１と、触媒１２２と、ストッパー部材１２３とを備える。熱電対１２１は、熱電対素線１２１Ａと、シース１２１Ｂとを備え、ゼーベック効果を利用して温度を測定する。熱電対素線１２１Ａは、一端（図中の上端）に測温接点Ｐが設けられている。シース１２１Ｂは、直線性の高い形状を維持する硬質で細い管材であり、熱電対素線１２１Ａを被覆している。本実施形態のシース１２１Ｂは、外径が０．５ｍｍの金属製の管材である。シース１２１Ｂ内には絶縁物が充填されている。熱電対素線１２１Ａの他端（図中の下端）には、不図示の補償導線の一端が接続されている。この補償導線は、管材１１１の中間部から引き出されており、データロガー１０３に接続されている。ここで、管材１１１の中間部には、補償導線が挿通される孔と、当該孔と補償導線との隙間を塞ぐ気密シール部とが形成されている（共に図示省略）。なお、本実施形態の熱電対１２１は、非接地型であるが、熱電対１２１を接地型や露出型に変えてもよい。

【0021】

触媒１２２は、第１燃焼測温部１２０の燃焼室に充填された顆粒状の触媒である。触媒１２２の粒径は、粉末の粒径に比して数十倍～数百倍と大きい。触媒１２２の粒径は、１００μｍ未満に篩にかけて整粒するのは困難であり、１０００μｍより大きくすると管材１１１の内径と近くなって水素との接触が悪くなるという観点から、１００μｍ以上１０００μｍ以下が好ましく、３５５μｍ以上４２０μｍ以下がより好ましい。また、触媒１２２は、水素を常温（室温）で燃焼させることが可能なものであり、例えば、アルミナ担持白金触媒（Ｐｔ－Ａｌ_２Ｏ_３）等の金属酸化物担持白金触媒を例示できる。ここで、０．２質量％の白金をアルミナ担体が担持した触媒（０．２％Ｐｔ－Ａｌ_２Ｏ_３触媒）を用いて、１０００ｐｐｍの水素を燃焼させた場合に、燃焼開始温度が室温（ｒｏｏｍ ｔｅｍｐ）となることが知られている（貞森 博己、「特殊燃焼技術特集 触媒燃焼技術の現状 触媒燃焼バーターを中心として」、燃料協会誌 第５８巻第６２６号（１９７９） １９７９年６月発行 ４２２～４２３頁）。

【0022】

第１燃焼測温部１２０の燃焼室に充填された触媒１２２の質量及び充填高さは、測温接点Ｐが触媒１２２から露出するように適宜設定すればよく、例えば、管材１１１の内径が４ｍｍの場合で０．０７５ｇ、約３ｍｍ等である。なお、測温接点Ｐが触媒１２２から露出することは必須ではなく、触媒１２２が測温接点Ｐを覆うように第１燃焼測温部１２０の燃焼室に充填されてもよい。

【0023】

シース１２１Ｂの一端側（図中の上端側）の表面には、触媒層１２１Ｓが測温接点Ｐを覆うように形成されている。この触媒層１２１Ｓは、アルミナ担持白金触媒等の水素を常温で燃焼させる触媒により構成された塗膜である。触媒層１２１Ｓの形成方法としては、粉末状の触媒と蒸留水等とを混合した液状の触媒をシース１２１Ｂに塗布して乾燥させる方法を例示できる。

【0024】

触媒層１２１Ｓのシース１２１Ｂの一端（先端）からの長さは例えば約１ｍｍであり、触媒層１２１Ｓは、測温接点Ｐの位置を含むシース１２１Ｂの一端から約１ｍｍの範囲を覆っている。この触媒層１２１Ｓの大部分又は全体は触媒１２２から露出している。なお、触媒層１２１Ｓが触媒１２２から露出することは必須ではなく、触媒層１２１Ｓは触媒１２２に覆われるように配されてもよい。また、触媒層１２１Ｓを設けることは必須ではない。

【0025】

ストッパー部材１２３は、第１燃焼測温部１２０の燃焼室の下側に配されている。このストッパー部材１２３は、管材１１１の内周面に嵌合したステンレス等の金属製の板であり、不図示の複数の通気孔が形成されている。この通気孔の直径は、触媒１２２の粒径（平均値）よりも小さい。これにより、燃料ガスは、通気孔は通過するが、触媒１２２は、通気孔を通過せずにストッパー部材１２３の上に堆積する。本実施形態のストッパー部材１２３は円板である。また、本実施形態のストッパー部材１２３の厚みは約１ｍｍである。さらに、本実施形態のストッパー部材１２３の通気孔の直径は０．３ｍｍである。なお、ストッパー部材１２３は、ガラスウールにより構成してもよい。

【0026】

第２燃焼測温部１３０は、熱電対１３１と、触媒１３２と、ストッパー部材１３３と、ヒーター１３４とを備える。熱電対１３１は、熱電対１２１と同様の構成であり、熱電対素線１３１Ａと、シース１３１Ｂとを備え、ゼーベック効果を利用して温度を測定する。熱電対素線１３１Ａは、一端（図中の上端）に測温接点Ｐが設けられている。熱電対素線１３１Ａの他端（図中の下端）には、不図示の補償導線の一端が接続されている。この補償導線は、管材１１１の下流端（図中の下端）から引き出されており、データロガー１０３に接続されている。ここで、管材１１１の下流端には、補償導線が挿通される孔と、当該孔と補償導線との隙間を塞ぐ気密シール部とが形成されている（共に図示省略）。また、管材１１１の下流端には、不図示の排気孔が形成されている。なお、本実施形態の熱電対１３１は、非接地型であるが、熱電対１３１を接地型や露出型に変えてもよい。

【0027】

触媒１３２は、第２燃焼測温部１３０の燃焼室に充填された顆粒状の触媒である。触媒１３２の粒径は、粉末の粒径に比して数十倍～数百倍と大きい。触媒１３２の粒径は、１００μｍ未満に篩にかけて整粒するのは困難であり、１０００μｍより大きくすると管材１１１の内径と近くなって可燃性ガスとの接触が悪くなるという観点から、１００μｍ以上１０００μｍ以下が好ましく、３５５μｍ以上４２０μｍ以下がより好ましい。また、触媒１３２は、メタン等の燃料ガスに含まれる水素以外の可燃性ガスを加熱下で燃焼させることが可能な触媒であり、例えば、パラジウム（Ｐｄ）や白金（Ｐｔ）等の金属や金属酸化物が担持したもの等である。

【0028】

第２燃焼測温部１３０の燃焼室に充填された触媒１３２の質量及び充填高さは、測温接点Ｐが触媒１３２から露出するように適宜設定すればよく、例えば、管材１１１の内径が４ｍｍの場合で０．０７５ｇ、約３ｍｍ等である。なお、測温接点Ｐが触媒１３２から露出することは必須ではなく、触媒１３２が測温接点Ｐを覆うように第２燃焼測温部１３０の燃焼室に充填されてもよい。

【0029】

シース１３１Ｂの一端側（図中の上端側）の表面には、触媒層１３１Ｓが測温接点Ｐを覆うように形成されている。この触媒層１３１Ｓは、パラジウムや白金等の触媒により構成された塗膜とすればよい。この触媒層１３１Ｓの形成方法としては、粉末状の触媒と蒸留水等とを混合した液状の触媒をシース１３１Ｂに塗布して乾燥させる方法を例示できる。

【0030】

この触媒層１３１Ｓのシース１３１Ｂの一端（先端）からの長さは例えば約１ｍｍとすればよく、測温接点Ｐの位置を含むシース１３１Ｂの一端から約１ｍｍの範囲を覆うようにすればよい。この触媒層１３１Ｓの大部分又は全体が触媒１３２から露出するようにしてもよく、この触媒層１３１Ｓが触媒１３２に覆われるようにしてもよい。なお、触媒層１３１Ｓを設けることは必須ではない。

【0031】

ストッパー部材１３３は、第２燃焼測温部１３０の燃焼室の下側に配されている。このストッパー部材１３３は、管材１１１の内周面に嵌合したステンレス等の金属製の板であり、不図示の複数の通気孔が形成されている。この通気孔の直径は、触媒１３２の粒径（平均値）よりも小さい。これにより、燃料ガスは、通気孔は通過するが、触媒１３２は、通気孔を通過せずにストッパー部材１３３の上に堆積する。本実施形態のストッパー部材１３３は円板である。また、本実施形態のストッパー部材１３３の厚みは約１ｍｍである。さらに、本実施形態のストッパー部材１３３の通気孔の直径は０．３ｍｍである。なお、ストッパー部材１３３は、ガラスウールにより構成してもよい。

【0032】

ヒーター１３４は、管材１１１が挿通されたコイル型のヒーターである。このヒーター１３４のコイル部１３４Ａは、少なくとも管材１１１の第２燃焼測温部１３０の燃焼室を含む範囲の周囲に巻回されている。コイル部１３４Ａは、リード部１３４Ｂを介して定電圧源１０２に接続されており、定電圧源１０２から電圧を印加されることにより発熱する。コイル部１３４Ａが定電圧源１０２から電圧を印加されることにより発熱すると、触媒１３２が所定の温度に加熱される。なお、コイル部１３４Ａは、管材１１１の第１燃焼測温部１２０の燃焼室から離間して配されており、第１燃焼測温部１２０の触媒１２２は、ヒーター１３４により加熱されることはなく、常温に維持される。

【0033】

燃焼測温部１１０は、不図示の保護容器に収容されている。この保護容器は、例えば風の影響により、熱電対１２１，１３１の測定温度が変動することを抑制している。この保護容器には、燃料ガスの燃焼で発生した排ガスを保護容器外へ排出するための排気孔が設けられている。

【0034】

データロガー１０３は、熱電対１２１から出力される信号、即ち、第１燃焼測温部１２０の触媒１２２及び触媒層１２１Ｓでの水素の燃焼による上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］を記録する。また、データロガー１０３は、熱電対１３１から出力される信号、即ち、第２燃焼測温部１３０の触媒１３２での水素以外の可燃性ガスの燃焼による上昇温度ΔＴ_Ｅ［℃］を記録する。

【0035】

演算装置１０４は、データロガー１０３の記録内容に基づいて燃焼測温部１１０に供給された燃料ガスの燃焼時の発熱量を演算する。発熱量を演算するに際し、演算装置１０４には、第１流量計１４Ａ及び第２流量計１４Ｂ（図１参照）の測定値も入力される。演算装置１０４としては、例えばＰＣ（Personal Computer）を用いることができる。

【0036】

以上のような構成の熱量計１００において、演算装置１０４は、熱電対１２１，１３１により測定されてデータロガー１０３に記録された上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］，ΔＴ_Ｅ［℃］に基づいて、燃料ガスの燃焼時の発熱量を演算する。演算装置１０４には、熱電対１２１，１３１の測定温度の変化と燃料ガスの燃焼時の発熱量との相関関係を示す相関データが記憶されており、演算装置１０４は、この相関データを利用して、燃料ガスの燃焼時の発熱量を演算する。

【0037】

具体的には、制御装置（図示省略）が、図１に示す第１バルブ１５Ａ、第２バルブ１５Ｂ、及び混合器１６を制御し、可燃性ガスを第１配管１１に流し、空気を第２配管１２に流し、可燃性ガスと空気とを混合器１６にて混合する。これにより、所定濃度の可燃性ガスを含む燃料ガスを生成する。この燃料ガスは、第３配管１３を通じて熱量計１００に供給される。この際、第１流量計１４Ａは、第１配管１１を流れる可燃性ガスの流量を測定して測定情報を演算装置１０４に出力し、第２流量計１４Ｂは、第２配管１２を流れる空気の流量を測定して測定情報を演算装置１０４に出力する。

【0038】

定電圧源１０２はヒーター１３４に電圧を印加しており、第２燃焼測温部１３０の熱電対１３１のベース温度は例えば２５０～４００℃程度となる。この状態において、燃料ガスに含まれる水素以外の可燃性ガスの燃焼時の発熱によって熱電対１３１の測温接点Ｐの周囲の温度が上昇する。熱電対１３１は、測温接点Ｐの周囲の温度に応じた信号をデータロガー１０３に送信し、データロガー１０３はこれを記憶する。

【0039】

他方で、第１燃焼測温部１２０の熱電対１２１のベース温度は常温である。この状態において、燃料ガスに含まれる水素の燃焼時の発熱によって熱電対１２１の測温接点Ｐの周囲の温度が上昇する。熱電対１２１は、測温接点Ｐの周囲の温度に応じた信号をデータロガー１０３に送信し、データロガー１０３はこれを記憶する。

【0040】

演算装置１０４は、予め記憶している相関データと、データロガー１０３が記憶した熱電対１２１，１３１の測温情報と、第１流量計１４Ａ及び第２流量計１４Ｂの流量情報とから、燃料ガスの燃焼時の発熱量を演算する。ここで、演算装置１０４は、熱電対１２１から出力されてデータロガー１０３に記憶された水素の燃焼による上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］と、第１流量計１４Ａ及び第２流量計１４Ｂの流量情報とから、熱量Ｑ_Ｈを算出する。また、演算装置１０４は、熱電対１３１から出力されてデータロガー１０３に記憶された水素以外の可燃性ガスの燃焼による上昇温度ΔＴ_Ｅ［℃］と、第１流量計１４Ａ及び第２流量計１４Ｂの流量情報とから、熱量Ｑ_Ｅを算出する。そして、演算装置１０４は、熱量Ｑ_Ｈと熱量Ｑ_Ｅとを合計する。

【0041】

以下、本実施形態に係る熱量計１００の熱量測定の精度を確認するために実施された実験について説明する。本実験では、比較例に係る熱量計１００Ｃを用いた試験ガスの熱量測定と、本実施形態に係る熱量計１００を用いた試験ガスの熱量測定とを実施した。

【0042】

図３は、比較例に係る熱量計１００Ｃの構成を示す断面図である。この図に示すように、比較例に係る熱量計１００Ｃの燃焼測温部１１０Ｃは、第１燃焼測温部１２０（図２参照）を備えず、第２燃焼測温部１３０を備える。即ち、比較例の燃焼測温部１１０Ｃでは、常温での水素の燃焼及びその燃焼による水素の上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］の測定は行われず、相対的に高温（本実験では３３０℃）での試験ガスの燃焼及びその燃焼による試験ガスの上昇温度ΔＴ［℃］の測定が行われる。

【0043】

この比較例に係る熱量計１００Ｃの燃焼測温部１１０Ｃに以下のＮｏ１．～Ｎｏ．５の５種類の試験ガスを供給して当該試験ガスの燃焼による熱量Ｑ’［Ｊ］と上昇温度ΔＴ［℃］とを測定した。
Ｎｏ．１１：単位体積当たり発熱量＝３２ＭＪ／Ｎｍ^３、Ｈ_２＝０％、ＣＨ_４＝１００％
Ｎｏ．１２：単位体積当たり発熱量＝３６ＭＪ／Ｎｍ^３、Ｈ_２＝０％、ＣＨ_４＝１００％
Ｎｏ．１３：単位体積当たり発熱量＝４０ＭＪ／Ｎｍ^３、Ｈ_２＝０％、ＣＨ_４＝１００％
Ｎｏ．１４：単位体積当たり発熱量＝４３ＭＪ／Ｎｍ^３、Ｈ_２＝０％、ＣＨ_４＝１００％
Ｎｏ．１５：単位体積当たり発熱量＝４５ＭＪ／Ｎｍ^３、Ｈ_２＝０％、ＣＨ_４＝１００％

【0044】

図４は、比較例に係る熱量計１００Ｃを用いてＮｏ．１１～Ｎｏ．１５の試験ガスの熱量Ｑ’［Ｊ］と上昇温度ΔＴ［℃］とを測定した結果を示すグラフである。このグラフに示すように、燃料ガスの熱量Ｑ’［Ｊ］と上昇温度ΔＴ［℃］との決定係数Ｒ^２＝０．９９８となり、上昇温度ΔＴ［℃］の測定誤差は最大で０．４３％となった。以上により、燃料ガスが水素を含まない場合には、熱量Ｑ’［Ｊ］と上昇温度ΔＴ［℃］とを高精度に測定できることが確認された。

【0045】

比較例に係る熱量計１００Ｃの燃焼測温部１１０Ｃに以下のＮｏ．１６～Ｎｏ．１８の３種類の試験ガスを供給して当該燃料ガスの燃焼による単位体積当たり熱量Ｑ［ＭＪ／Ｎｍ^３］を測定した。
Ｎｏ．１６：単位体積当たり発熱量＝３４．５ＭＪ／Ｎｍ^３、Ｈ_２＝２０％、ＣＨ_４＝８０％
Ｎｏ．１７：単位体積当たり発熱量＝３７ＭＪ／Ｎｍ^３、Ｈ_２＝１０％、ＣＨ_４＝９０％
Ｎｏ．１８：単位体積当たり発熱量＝４５ＭＪ／Ｎｍ^３、Ｈ_２＝２０％、ＣＨ_４＝８０％

【0046】

図５は、比較例に係る熱量計１００Ｃを用いてＮｏ．１６～Ｎｏ．１８の試験ガスの単位体積当たり熱量Ｑ［ＭＪ／Ｎｍ^３］を測定した結果を示すグラフである。このグラフに示すように、試験ガスの単位体積当たり熱量Ｑ［ＭＪ／Ｎｍ^３］の真値と算出値との間には、最大で１０．０％の測定誤差が生じた。具体的には、Ｎｏ．１６の試験ガスの単位体積当たり熱量Ｑ［ＭＪ／Ｎｍ^３］については、１０．０％の誤差の分だけ真値に対して過小に評価された。また、Ｎｏ．１７の試験ガスの単位体積当たり熱量Ｑ［ＭＪ／Ｎｍ^３］については、４．３％の誤差の分だけ真値に対して過小に評価された。さらに、Ｎｏ．１８の試験ガスの単位体積当たり熱量Ｑ［ＭＪ／Ｎｍ^３］については、８．４％の誤差の分だけ真値に対して過小に評価された。

【0047】

本実施形態に係る熱量計１００に以下のＮｏ１．～Ｎｏ．４の４種類の試験ガスを連続的に供給して水素、メタンの濃度と燃焼による上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］，ΔＴ_Ｅ［℃］との相関を確認するための実験を実施した。本実験では、３ｍＬ／ｍｉｎの流量の試験ガスと９７ｍＬ／ｍｉｎの流量の空気とを連続的に熱量計１００に供給し、第１燃焼測温部１２０による上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］の測定と、第２燃焼測温部１３０による上昇温度ΔＴ_Ｅ［℃］の測定とを連続的に行った。
Ｎｏ．１：単位体積当たり発熱量＝３９．９ＭＪ／Ｎｍ^３、Ｈ_２＝０％、ＣＨ_４＝１００％
Ｎｏ．２：単位体積当たり発熱量＝３４．７ＭＪ／Ｎｍ^３、Ｈ_２＝１９．２％、ＣＨ_４＝８０．８％
Ｎｏ．３：単位体積当たり発熱量＝２６．３ＭＪ／Ｎｍ^３、Ｈ_２＝５０％、ＣＨ_４＝５０％
Ｎｏ．４：単位体積当たり発熱量＝１２．８ＭＪ／Ｎｍ^３、Ｈ_２＝１００％、ＣＨ_４＝０％

【0048】

図６は、本実施形態に係る熱量計１００にＮｏ．１～Ｎｏ．４の試験ガスを連続的に供給して水素、メタンの濃度と燃焼による上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］，ΔＴ_Ｅ［℃］との相関を確認した結果を示す表及びグラフである。これらの表及びグラフに示すように、水素の濃度が高くなるほど、第１燃焼測温部１２０により測定される上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］が高くなり、第２燃焼測温部１３０により測定される上昇温度ΔＴ_Ｅ［℃］が低くなることが確認された。他方で、メタンの濃度が高くなるほど、第２燃焼測温部１３０により測定される上昇温度ΔＴ_Ｅ［℃］が高くなり、第１燃焼測温部１２０により測定される上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］が低くなることが確認された。

【0049】

本実施形態に係る熱量計１００に上記のＮｏ１．～Ｎｏ．４の試験ガスを間欠的に供給して水素、メタンの濃度と燃焼による上昇温度ΔＴ［℃］との相関を確認するための実験を実施した。本実験では、８５ｍＬ／ｍｉｎの流量の空気を連続的に熱量計１００に供給しながら体積が０．３６ｍＬの燃料ガスを間欠的に熱量計１００に供給し、第１燃焼測温部１２０による上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］の測定と、第２燃焼測温部１３０による上昇温度ΔＴ_Ｅ［℃］の測定とを間欠的に行った。

【0050】

図７は、本実施形態に係る熱量計１００にＮｏ．１～Ｎｏ．４の試験ガスを間欠的に供給して水素、メタンの濃度と燃焼による上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］，ΔＴ_Ｅ［℃］との相関を確認した結果を示す表及びグラフである。これらの表及びグラフに示すように、水素の濃度が高くなるほど、第１燃焼測温部１２０により測定される上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］が高くなり、第２燃焼測温部１３０により測定される上昇温度ΔＴ_Ｅ［℃］が低くなることが確認された。他方で、メタンの濃度が高くなるほど、第２燃焼測温部１３０により測定される上昇温度ΔＴ_Ｅ［℃］が高くなり、第１燃焼測温部１２０により測定される上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］が低くなることが確認された。

【0051】

以上説明したように、本実施形態に係る熱量計１００の燃焼測温部１１０は、燃料ガスに含まれる水素を常温で燃焼させてその燃焼による上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］を測定する第１燃焼測温部１２０と、燃料ガスに含まれる水素以外の可燃性ガスを加熱下で燃焼させてその燃焼による上昇温度ΔＴ_Ｅ［℃］を測定する第２燃焼測温部１３０とを備える。これにより、水素を含む燃料ガスの熱量を、水素の燃焼による上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］とメタン等の水素以外の可燃性ガスの燃焼による上昇温度ΔＴ_Ｅ［℃］とに基づいて算出することが可能になる。従って、燃料ガスに水素が含まれることに起因する燃料ガスの熱量測定の精度低下を抑制でき、水素を含む燃料ガスの熱量測定の高精度化を実現できる。

【0052】

また、本実施形態に係る熱量計１００では、演算装置１０４が、第１燃焼測温部１２０の熱電対１２１により測定された水素の燃焼による上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］に基づいて熱量Ｑ_Ｈを算出し、第２燃焼測温部１３０により測定された水素以外の可燃性ガスの燃焼による上昇温度ΔＴ_Ｅ［℃］に基づいて熱量Ｑ_Ｅを算出し、熱量の合計値（Ｑ_Ｈ＋Ｑ_Ｅ）［℃］を算出する。これによって、水素を含む燃料ガスの熱量を、当該熱量に相応した上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］，ΔＴ_Ｅ［℃］に基づいて高精度に算出することが可能になる。

【0053】

また、本実施形態に係る熱量計１００では、第１燃焼測温部１２０の触媒１２２、及び第２燃焼測温部１３０の触媒１３２が、燃料ガスが第１燃焼測温部１２０の触媒１２２を通過し、この触媒１２２を通過した燃料ガスが第２燃焼測温部１３０の触媒１３２を通過するように、管材１１１に収容されている。即ち、本実施形態に係る熱量計１００では、第１燃焼測温部１２０と第２燃焼測温部１３０とが直列に接続されている。これによって、燃料ガスに含まれる水素が第１燃焼測温部１２０において常温で燃焼し、燃料ガスに含まれる水素以外の可燃性ガスが第２燃焼測温部１３０において加熱下で燃焼する。即ち、燃料ガスに含まれる水素と水素以外の可燃性ガスとが、管材１１１内の燃焼部を必ず通過する。従って、燃料ガスに含まれる水素と水素以外の可燃性ガスとが、燃焼することなく管材１１１から排気されることを防止できる。

【0054】

図８は、本発明の他の実施形態に係る熱量計２００の構成を示す断面図である。この図に示すように、本実施形態に係る熱量計２００は、第１燃焼測温部１２０と第２燃焼測温部１３０とが並列に配された燃焼測温部２１０を備える。この燃焼測温部２１０は、第１管材２１１と第２管材２１２とを備える。

【0055】

第１管材２１１の一端には、第３配管１３が接続されている。また、第２管材２１２の一端には、第３配管１３から分岐した第４配管１４が接続されている。第１管材２１１及び第２管材２１２は、燃料ガスの燃焼時の温度に対する耐熱性と、燃焼時の燃料ガスの管外への放熱を抑える低い伝熱性とを有する管材である。本実施形態の第１管材２１１及び第２管材２１２は、内径が４ｍｍの円筒状のセラミックチューブである。なお、第１管材２１１及び第２管材２１２の内径は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。また、第１管材２１１及び第２管材２１２はステンレスチューブでもよい。

【0056】

上述したように、本実施形態の燃焼測温部２１０では、第１燃焼測温部１２０と第２燃焼測温部１３０とが燃料ガスの流れ方向に対して並列に配されている。このため、第３配管１３から第１管材２１１に供給された燃料ガスは、第１燃焼測温部１２０を通過する。この際、燃料ガスに含まれる水素が常温で燃焼されその燃焼による水素の上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］が測定される。他方で、第４配管１４から第２管材２１２に供給された燃料ガスは、第２燃焼測温部１３０を通過する。この際、燃料ガスに含まれるメタン等の水素以外の可燃性ガスが、加熱下で燃焼されその燃焼による当該可燃性ガスの上昇温度ΔＴ_Ｅ［℃］が測定される。

【0057】

以上のような構成の熱量計２００において、演算装置１０４は、熱電対１２１から出力されてデータロガー１０３に記憶された水素の燃焼による上昇温度ΔＴ_Ｈ［℃］と、第１流量計１４Ａ及び第２流量計１４Ｂの流量情報とから、熱量Ｑ_Ｈを算出する。また、熱電対１３１から出力されてデータロガー１０３に記憶された水素以外の可燃性ガスの燃焼による上昇温度ΔＴ_Ｅ［℃］と、第１流量計１４Ａ及び第２流量計１４Ｂの流量情報とから、熱量Ｑ_Ｅを算出する。そして、演算装置１０４は、算出した熱量Ｑ_Ｈと熱量Ｑ_Ｅとを合計する。

【0058】

以上、上記実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、適宜公知や周知の技術を組み合わせてもよい。

【0059】

例えば、上記実施形態では、触媒１２２，１３２を顆粒状にしたが、触媒１２２，１３２を粉末状にしてもよい。また、管材１１１、第１管材２１１、及び第２管材２１２を縦向きとしたが、管材１１１、第１管材２１１、及び第２管材２１２を横向きにしてもよい。また、燃焼測温部１１０，２１０の構造は、上記実施形態の構成には限らず、適宜変更してもよい。

【0060】

また、上記実施形態では、測温体として熱電対１２１，１３１を用いたが、測温抵抗体等の他の測温体を用いてもよい。

【符号の説明】

【0061】

１００ 熱量計
１０４ 演算装置（算出部）
１１１ 管材
１２１ 熱電対（第１測温体）
１２２ 触媒（第１触媒）
１３１ 熱電対（第２測温体）
１３２ 触媒（第２触媒）
１３４ ヒーター（加熱部）
２００ 熱量計
Ｐ 測温接点
ΔＴ_Ｈ 上昇温度
ΔＴ_Ｅ 上昇温度
Ｑ_Ｈ 熱量（第１熱量）
Ｑ_Ｅ 熱量（第２熱量）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】