特開 2023-30921 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】P2023030921

(43)【公開日】2023-03-08

(54)【発明の名称】熱量計

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/28 20060101AFI20230301BHJP

   G01K 17/00 20060101ALI20230301BHJP

   G01K 7/02 20210101ALI20230301BHJP

【ＦＩ】

G01N25/28

G01K17/00 A

G01K7/02 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021136347

(22)【出願日】2021-08-24

(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】波多野 博憲

(72)【発明者】

【氏名】名川 良春

(72)【発明者】

【氏名】井関 孝弥

(72)【発明者】

【氏名】南 辰志

(72)【発明者】

【氏名】河越 雅雄

(72)【発明者】

【氏名】角田 雄亮

【テーマコード（参考）】

2F056

2G040

【Ｆターム（参考）】

2F056KC06

2G040AB15

2G040AB16

2G040BA04

2G040BA23

2G040BB09

2G040CA02

2G040DA03

2G040DA12

2G040DA21

2G040EA02

2G040EB02

2G040GA05

(57)【要約】

【課題】燃料ガスの熱量測定の精度を向上させると共に排ガス中の未燃ガス濃度を低下させることができる熱量計を提供する。
【解決手段】熱量計は、測定対象の燃料ガスが流入する管材２１１と、管材２１１に挿入され測温接点Ｐを備えるシース熱電対２１２と、管材２１１の内側に充填された顆粒状触媒２１４と、測温接点Ｐの周囲に形成された触媒層２１２Ｓと、顆粒状触媒２１４と触媒層２１２Ｓとを加熱するヒーター２１３とを備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象の燃料ガスが流入する管材と、
前記管材に挿入され測温接点を備える測温体と、
前記管材の内側に充填された顆粒状触媒と、
前記測温体における前記測温接点の周囲に形成された触媒層と、
前記顆粒状触媒と前記触媒層とを加熱する加熱部と
を備える熱量計。

【請求項2】

前記顆粒状触媒は、前記測温接点が前記顆粒状触媒から露出するように前記管材の内側に充填されている請求項１に記載の熱量計。

【請求項3】

前記管材の内側に設けられ、前記燃料ガスが通過するストッパー部材を備え、
前記顆粒状触媒は、前記ストッパー部材により堰き止められるように前記管材の内側に充填されている請求項１又は２に記載の熱量計。

【請求項4】

前記管材に固定された固定部を備え、
前記測温体は、前記固定部に固定され、前記固定部から前記管材の内側に挿入され前記ストッパー部材を貫通している請求項３に記載の熱量計。

【請求項5】

前記ストッパー部材は、前記測温体の被覆材に固定されている請求項４に記載の熱量計。

【請求項6】

前記ストッパー部材は、板材であり、前記板材の中心部に前記被覆材が挿通される孔が形成され、前記板材における前記中心部の周囲の全域に直径が前記顆粒状触媒の粒径よりも小さい複数の通気孔が形成されている請求項５に記載の熱量計。

【請求項7】

前記顆粒状触媒の粒径は、１００μｍ以上１０００μｍ以下である請求項１から６までの何れか１項に記載の熱量計。

【請求項8】

前記管材は縦向きに配されている請求項１から７までの何れか１項に記載の熱量計。

【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、ガラス管内の燃焼室に粒径が３００オングストロームの粉末状のパラジウム及びアルミナが触媒として充填され、この燃焼室の上流側と下流側とにガラスウールが充填されている。

【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】

粉末状の触媒は、熱電対の測温接点に対して接触は良いが、次の理由から実用上困難という課題がある。（１）圧損のため流量を上げられない。（２）振動等による触媒の動きにより充填状態が変化する。（３）粉末状の触媒が後段に流出してしまう。（４）圧損の抑制のために粉末状の触媒をガラス管内に密に詰め込まない場合には、未燃ガスが触媒を通過し易くなり、排ガス中の未燃ガス濃度が高くなる。

【0005】

そこで、触媒を粉末状から顆粒状にすることが考えられるが、顆粒状の触媒では、熱電対の測温接点との接触が悪くなるという課題がある。

【0006】

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料ガスの熱量測定の精度を向上させると共に排ガス中の未燃ガス濃度を低下させることができる熱量計を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る熱量計は、測定対象の燃料ガスが流入する管材と、前記管材に挿入され測温接点を備える測温体と、前記管材の内側に充填された顆粒状触媒と、前記測温体における前記測温接点の周囲に形成された触媒層と、前記顆粒状触媒と前記触媒層とを加熱する加熱部とを備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明の熱量計によれば、測温体における測温接点の周囲に触媒層が形成されているので、測温接点の周囲において燃料ガスの燃焼反応が生じ、さらに管内に顆粒状触媒が充填されているので、測温体で測定される温度上昇幅が大きくなる。これにより、測温体で測定される温度上昇幅から算出される燃料ガスの燃焼時の発熱量が大きくなる。これにより、燃料ガスの燃焼時の発熱量の分解能および測定精度を向上させることができる。また、管内に充填された顆粒状触媒により、圧損を抑えつつ未燃ガスの触媒間の通過を抑えることができるので、排ガス中の未燃ガス濃度を低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【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模式的に示す断面図である。

【図3】図３は、図２に示す熱量計の燃焼機能部を拡大して示す断面図である。

【図4】図４は、図３に示す燃焼機能部のストッパー部材を示す平面図である。

【図5】図５は、第１比較例の実験結果を示すグラフ及び表である。

【図6】図６は、第２比較例の実験結果を示すグラフ及び表である。

【図7】図７は、第１実施例の実験結果を示すグラフ及び表である。

【図8】図８は、第２実施例の実験結果を示すグラフ及び表である。

【図9】図９は、第３実施例の実験結果を示すグラフ及び表である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

図１は、本発明の一実施形態に係る熱量計２０を備える測定システム１の概略を示すブロック図である。この図に示すように、測定システム１は、ガス混合装置１０と、熱量計２０とを備える。ガス混合装置１０は、可燃ガスと空気とを混合することにより混合ガスを燃料ガスとして熱量計２０に供給する。熱量計２０は、ガス混合装置１０から供給された燃料ガスを燃焼させて発熱量を測定する。

【0012】

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。

【0013】

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

【0014】

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。

【0015】

混合器１６は、第１配管１１から供給された可燃ガスと第２配管１２から供給された空気とを混合する。この混合器１６には、第３配管１３が接続されている。この第３配管１３は、混合器１６において混合された混合ガスを燃料ガスとして熱量計２０に供給する。

【0016】

熱量計２０は、燃焼機能部２１と、定電圧源（電圧源）２２と、データロガー２３と、演算装置２４とを備える。燃焼機能部２１には、第３配管１３から燃料ガスが供給される。定電圧源２２は、燃焼機能部２１に電力を供給する。燃焼機能部２１は、定電圧源２２から供給される電力により駆動され、第３配管１３から供給された燃料ガスを燃焼させる。

【0017】

図２は、図１に示す熱量計２０の構成を模式的に示す断面図である。この図に示すように、燃焼機能部２１は、管材２１１と、シース熱電対２１２と、ヒーター２１３と、顆粒状触媒２１４と、ストッパー部材２１５とを備える。管材２１１は、燃料ガスの燃焼時の温度に対する耐熱性と、燃焼時の燃料ガスの管材２１１外への放熱を抑える低い伝熱性とを有する管材である。本実施形態の管材２１１は、内径が４ｍｍの円筒状のセラミックチューブである。なお、管材２１１の内径は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。また、管材２１１はステンレスチューブでもよい。

【0018】

管材２１１は縦向きに配されており、管材２１１の上端に第３配管１３が接続されている。管材２１１の下端の近傍には、排気孔２１１Ａが形成されている。

【0019】

シース熱電対２１２は、熱電対素線２１２Ａと、シース２１２Ｂと、スリーブ２１２Ｃと、アダプター２１２Ｄと、ケーブル２１２Ｅとを備え、ゼーベック効果を利用して温度を測定する。熱電対素線２１２Ａは、一端（上端）に測温接点Ｐが設けられている。シース２１２Ｂは、直線性の高い形状を維持する硬質で細い管材であり、熱電対素線２１２Ａを被覆している。本実施形態のシース２１２Ｂは、外径が０．５ｍｍの金属製の管材である。シース２１２Ｂ内には絶縁物が充填されている。本実施形態のシース熱電対２１２は、非接地型である。なお、シース熱電対２１２を接地型や露出型に変えてもよい。

【0020】

スリーブ２１２Ｃは、直線性の高い形状を維持する硬質で細い管材であり、熱電対素線２１２Ａの他端側を被覆している。このスリーブ２１２Ｃの一端とシース２１２Ｂの他端とが銀ろう付け等により接合されている。本実施形態のスリーブ２１２Ｃは、外径が６ｍｍで金属製である。

【0021】

アダプター２１２Ｄは、円筒状の管材取付部２１２Ｚと、ナット形状の張出部２１２Ｙとを備える。管材取付部２１２Ｚと張出部２１２Ｙとは、一体で形成され同軸的に配されている。張出部２１２Ｙは、管材取付部２１２Ｚの外面から径方向外側に張り出す部位である。管材取付部２１２Ｚと張出部２１２Ｙとには、スリーブ２１２Ｃが挿通されている。管材取付部２１２Ｚは、管材２１１の下端から管材２１１内に挿入されている。張出部２１２Ｙとスリーブ２１２Ｃとは、溶接等により接合されている。また、張出部２１２Ｙと管材２１１の下端とは、接着等により接合されている。なお、張出部２１２Ｙが、ナット形状であることは必須ではない。また、張出部２１２Ｙと管材２１１の下端とを接着等で接合することによりアダプター２１２Ｄと管材２１１の下端とを接合することは必須ではなく、管材取付部２１２Ｚと管材２１１の下端とを相互に螺合させることによりアダプター２１２Ｄと管材２１１の下端とを接合してもよい。

【0022】

ここで、管材２１１の下端は、アダプター２１２Ｄにより閉塞されている。他方で、管材２１１に形成された排気孔２１１Ａは、管材取付部２１２Ｚの上端よりも上側に配されている。これによって、管材２１１内を下向きに流れた燃料ガスは、排気孔２１１Ａを通して管材２１１外へ流出する。ここで、管材２１１内での燃料ガスの燃焼が促進され未燃ガスの管材２１１からの排出量が少なくなり排ガス中の未燃ガス濃度が低下されることが望ましい。

【0023】

ケーブル２１２Ｅは、柔軟性のある補償導線であり、このケーブル２１２Ｅの一端が熱電対素線２１２Ａの他端（下端）に接続されている。このケーブル２１２Ｅの他端には不図示の圧着端子が取り付けられており、この圧着端子がデータロガー２３に取り付けられている。ケーブル２１２Ｅの一部は、スリーブ２１２Ｃに挿入されている。

【0024】

ヒーター２１３は、管材２１１が挿通されたコイル型のヒーターである。このヒーター２１３のコイル部２１３Ａは、少なくとも管材２１１の燃焼室２１１Ｂを含む範囲の周囲に巻回されている。コイル部２１３Ａは、リード部２１３Ｂを介して定電圧源２２に接続されており、定電圧源２２から電圧を印加されることにより発熱する。

【0025】

顆粒状触媒２１４は、燃焼室２１１Ｂに充填された顆粒状の触媒である。顆粒状触媒２１４の粒径は、粉末の粒径に比して数十倍～数百倍と大きい。顆粒状触媒２１４の粒径は、１００μｍ未満に篩にかけて整粒するのは困難であり、１０００μｍより大きくすると管材２１１の内径と近くなって燃料ガスとの接触が悪くなるという観点から、１００μｍ以上１０００μｍ以下が好ましく、３５５μｍ以上４２０μｍ以下がより好ましい。また、顆粒状触媒２１４は、例えば、パラジウム（Ｐｄ）や白金（Ｐｔ）等の金属や金属酸化物が担持したもの等である。

【0026】

燃焼室２１１Ｂに充填された顆粒状触媒２１４の質量及び充填高さは、測温接点Ｐが顆粒状触媒２１４から露出するように適宜設定すればよく、例えば、管材２１１の内径が４ｍｍの場合で０．０７５ｇ、約３ｍｍ等である。なお、測温接点Ｐが顆粒状触媒２１４から露出することは必須ではなく、顆粒状触媒２１４が測温接点Ｐを覆うように燃焼室２１１Ｂに充填されてもよい。

【0027】

ストッパー部材２１５は、燃焼室２１１Ｂの下側に配されている。このストッパー部材２１５は、管材２１１の内周面に嵌合したステンレス等の金属製の板である。本実施形態のストッパー部材２１５は円板である。また、本実施形態のストッパー部材２１５の厚みは約１ｍｍである。なお、ストッパー部材２１５は、ガラスウールにより構成してもよい。

【0028】

図３は、図２に示す熱量計２０の燃焼機能部２１を拡大して示す断面図である。この図に示すように、シース２１２Ｂの一端側（上端側、先端側）の表面には、触媒層２１２Ｓが測温接点Ｐを覆うように形成されている。この触媒層２１２Ｓは、パラジウムや白金等の触媒により構成された塗膜である。触媒層２１２Ｓの形成方法としては、粉末状の触媒と蒸留水等とを混合した液状の触媒をシース２１２Ｂに塗布して乾燥させる方法を例示できる。

【0029】

触媒層２１２Ｓのシース２１２Ｂの一端（先端）からの長さは例えば約１ｍｍであり、触媒層２１２Ｓは、測温接点Ｐの位置を含むシース２１２Ｂの一端から約１ｍｍの範囲を覆っている。この触媒層２１２Ｓの大部分又は全体は顆粒状触媒２１４から露出している。なお、触媒層２１２Ｓが顆粒状触媒２１４から露出することは必須ではなく、触媒層２１２Ｓは顆粒状触媒２１４に覆われるように配されてもよい。

【0030】

図４は、図３に示す燃焼機能部２１のストッパー部材２１５を示す平面図である。図３及び図４に示すように、ストッパー部材２１５には複数の通気孔２１５Ａが形成されている。この通気孔２１５Ａの直径は、顆粒状触媒２１４の粒径（平均値）よりも小さい。これにより、燃料ガスは、通気孔２１５Ａを通過するが、顆粒状触媒２１４は、通気孔２１５Ａを通過せずにストッパー部材２１５の上に堆積する。本実施形態の通気孔２１５Ａの直径は０．３ｍｍである。

【0031】

通気孔２１５Ａは、ストッパー部材２１５の中心部を除く全域に密に形成されている。それに対して、ストッパー部材２１５の中心部には、通気孔２１５Ａに比して大径の孔２１５Ｂが形成されている。この孔２１５Ｂにはシース２１２Ｂが挿通されている。ここで、ストッパー部材２１５の中心部とシース２１２Ｂとはセラミック接着剤等の接着剤により接着されている。この接着剤により、孔２１５Ｂとシース２１２Ｂとの隙間が埋められている。

【0032】

ここで、熱電対素線２１２Ａの先端の測温接点Ｐは、顆粒状触媒２１４から露出した状態で燃焼室２１１Ｂに配されている。測温接点Ｐの位置は、燃焼室２１１Ｂの径方向の中央部が好ましい。また、燃焼室２１１Ｂの下端（ストッパー部材２１５の上面）から測温接点Ｐまでの距離は、例えば約４ｍｍである。

【0033】

コイル部２１３Ａが定電圧源２２から電圧を印加されることにより発熱すると、触媒層２１２Ｓ及び顆粒状触媒２１４が所定の温度に加熱される。データロガー２３（図２参照）は、シース熱電対２１２から出力される信号、すなわち、測温接点Ｐの周囲の温度を記録する。

【0034】

演算装置２４（図１及び図２参照）は、データロガー２３の記録内容に基づいて燃焼機能部２１に供給された燃料ガスの燃焼時の発熱量を演算する。発熱量を演算するに際し、演算装置２４には、第１流量計１４Ａ及び第２流量計１４Ｂの測定値も入力される。演算装置２４としては、例えばＰＣ（Personal Computer）を用いることができる。

【0035】

ここで、燃焼機能部２１の作製方法について説明する。まず、ストッパー部材２１５をシース２１２Ｂに接着する。次に、触媒層２１２Ｓ（図３参照）を一端側に形成したシース熱電対２１２をストッパー部材２１５と共に管材２１１に挿入する。次に、シース熱電対２１２のアダプター２１２Ｄを管材２１１の下端に接着する。次に、顆粒状触媒２１４を、管材２１１の上端からストッパー部材２１５の上に充填する。この際、測温接点Ｐが顆粒状触媒２１４から露出するように、顆粒状触媒２１４の充填量及び充填高さを調整する。

【0036】

図２に示すように、保護容器２９は、縦方向の寸法が横方向の寸法に比して大きい断熱性の筐体であり、管材２１１の上端側を除く全体と、この管材２１１に収納された顆粒状触媒２１４等を収容する。この保護容器２９は、例えば風の影響により、シース熱電対２１２の測定温度が変動することを抑制している。

【0037】

保護容器２９の天板２９Ａには、管材２１１が挿通される開口が形成されている。他方で、保護容器２９の底板２９Ｂには、スリーブ２１２Ｃが挿通される開口が形成されている。保護容器２９の側板２９Ｃには、リード部２１３Ｂが挿通される溝が形成されている。保護容器２９の底板２９Ｂは、シース熱電対２１２の張出部２１２Ｙを支持することで燃焼機能部２１を支持している。なお、側板２９Ｃがリード部２１３Ｂを支持することで燃焼機能部２１が保護容器２９に支持されるようにしてもよい。

【0038】

保護容器２９の背板２９Ｄには、開口２９Ｆが形成されており、この開口２９Ｆには、金属製の網目状の部材である金網２９Ｇが設けられている。即ち、背板２９Ｄには、網目状に仕切られた多数の開口が形成されている。これにより、燃料ガスの燃焼により燃焼室２１１Ｂで発生した排ガスが、排気孔２１１Ａを通して管材２１１内から保護容器２９へ排出され、背板２９Ｄの多数の開口を通して保護容器２９外へ排出される。

【0039】

以上のような構成の熱量計２０において、演算装置２４は、シース熱電対２１２により測定されてデータロガー２３に記録された温度に基づいて、燃料ガスの燃焼時の発熱量を演算する。演算装置２４には、シース熱電対２１２の測定温度の変化と燃料ガスの燃焼時の発熱量との相関関係を示す相関データが記憶されており、演算装置２４は、この相関データを利用して、燃料ガスの燃焼時の発熱量を演算する。

【0040】

具体的には、制御装置（図示省略）が、図１に示す第１バルブ１５Ａ、第２バルブ１５Ｂ、及び混合器１６を制御し、可燃ガスを第１配管１１に流し、空気を第２配管１２に流し、可燃ガスと空気とを混合器１６にて混合する。これにより、所定濃度の可燃ガスを含む燃料ガスを生成する。この燃料ガスは、第３配管１３を通じて熱量計２０に供給される。この際、第１流量計１４Ａは、第１配管１１を流れる可燃ガスの流量を測定して測定情報を演算装置２４に出力し、第２流量計１４Ｂは、第２配管１２を流れる空気の流量を測定して測定情報を演算装置２４に出力する。

【0041】

定電圧源２２はヒーター２１３（図２参照）に電圧を印加しており、シース熱電対２１２のベース温度は例えば２５０～４００℃程度となる。この状態において、燃料ガスの燃焼時の発熱によって測温接点Ｐの周囲の温度が上昇する。シース熱電対２１２は、測温接点Ｐの周囲の温度に応じた信号をデータロガー２３に送信し、データロガー２３はこれを記憶する。

【0042】

演算装置２４は、予め記憶している相関データと、データロガー２３が記憶したシース熱電対２１２の測温情報と、第１流量計１４Ａ及び第２流量計１４Ｂの流量情報とから、燃料ガスの燃焼時の発熱量を演算する。

【0043】

以下、本実施形態に係る燃焼機能部２１の燃焼特性を確認するために実施された実験について説明する。本実験では、複数の実施例（第１～第３実施例）の燃焼特性と複数の比較例（第１及び第２比較例）の燃焼特性とについて確認した。本実験では、測温接点Ｐに対する加熱温度（ベース温度）を約２６０℃から約３３０℃まで上昇させ、シース熱電対２１２による燃焼時の測定温度と燃焼前のベース温度との差ΔＴ（℃）（以下、単にΔＴ（℃）という）の変化、及び排ガス濃度（メタン（ＣＨ_４）濃度）（％）の変化とを確認した。本実験ではメタン濃度３．０％の燃料ガスを用いた。

【0044】

第１～第３実施例の仕様の共通事項は以下のとおりである。まず、顆粒状触媒２１４の粒径は、３５５μｍ以上４２０μｍ以下である。管材２１１の内径は４．０ｍｍであり、管材２１１の材質はセラミックである。なお、管材２１１の材質はステンレスでもよい。燃焼室２１１Ｂの下端から測温接点Ｐまでの距離は約４ｍｍである。そして、触媒層２１２Ｓが、シース熱電対２１２のシース２１２Ｂの先端側（測温接点Ｐ側）に先端から約１ｍｍの長さで形成されている。

【0045】

第１～第３実施例では、顆粒状触媒２１４の質量及び充填高さが相互に異なる。第１実施例では、顆粒状触媒２１４の質量は０．０７５ｇ、顆粒状触媒２１４の充填高さは約３ｍｍである。第２実施例では、顆粒状触媒２１４の質量は０．０３７５ｇ、顆粒状触媒２１４の充填高さは約１ｍｍである。第３実施例では、顆粒状触媒２１４の質量は０．１１２５ｇ、顆粒状触媒２１４の充填高さは約４ｍｍである。

【0046】

比較例の仕様は以下のとおりである。まず、第１比較例では顆粒状触媒２１４が燃焼室２１１Ｂに充填されているのに対して、第２比較例では顆粒状触媒２１４が燃焼室２１１Ｂに充填されていない。第１比較例では、顆粒状触媒２１４の粒径は、３５５μｍ以上４２０μｍ以下であり、顆粒状触媒２１４の質量は０．１１２５ｇ、顆粒状触媒２１４の充填高さは約５ｍｍである。第１及び第２比較例の何れも、管材２１１の内径は４．０ｍｍであり、管材２１１の材質はセラミックであり、燃焼室２１１Ｂの下端から測温接点Ｐまでの距離は約４ｍｍである。なお、管材２１１の材質はステンレスでもよい。ここで、第１比較例では、測温接点Ｐが顆粒状触媒２１４により覆われており、顆粒状触媒２１４の上面から測温接点Ｐまでの距離は約１ｍｍである。そして、第１比較例では、触媒層２１２Ｓがシース熱電対２１２のシース２１２Ｂに形成されていないのに対して、第２比較例では、触媒層２１２Ｓがシース熱電対２１２のシース２１２Ｂの先端側に先端から約１ｍｍの長さで形成されている。

【0047】

図５は、第１比較例の実験結果を示すグラフ及び表である。第１比較例では、シース２１２Ｂの先端側に触媒層２１２Ｓが形成されておらず、測温接点Ｐが覆われるように顆粒状触媒２１４が燃焼室２１１Ｂに充填されている。図５のグラフ及び表に示すように、ベース温度（℃）が２５９．７℃ではΔＴ（℃）は２５．８℃と僅かであり、排ガスのメタン濃度（％）も０．３７２％と高い。それに対して、ベース温度（℃）が２７９．７℃ではΔＴ（℃）は１４６．０℃と高くなり、排ガスメタン濃度（％）も０．００２％と低くなる。

【0048】

図５のグラフ及び表から、第１比較例では、反応開始温度が約２８０℃であり、反応開始温度でのΔＴ（℃）が１４６℃であることを確認できる。また、反応開始温度を超えてからの排ガスメタン濃度（％）が０．００２（％）と低くなり、排ガス中の未燃ガス濃度が極めて低く抑えられることを確認できる。

【0049】

図６は、第２比較例の実験結果を示すグラフ及び表である。第２比較例では、触媒層２１２Ｓがシース２１２Ｂの先端側に形成されているが、顆粒状触媒２１４は燃焼室２１１Ｂに充填されていない。図６のグラフ及び表に示すように、ベース温度（℃）が３００．１℃ではΔＴ（℃）は６．３℃と僅かであり、排ガスメタン濃度（％）も０．３５５％と高い。それに対して、ベース温度（℃）が３３０．９℃ではΔＴ（℃）は２２２．４℃と高くなるが、排ガスメタン濃度（％）は０．３４８％と変わらず高い。

【0050】

図６のグラフ及び表から、第２比較例では、反応開始温度が約３３１℃であり、反応開始温度でのΔＴ（℃）が約２２２℃であることを確認できる。第２比較例は、第１比較例に比して、反応開始温度が高温側にシフトする一方で、反応開始後のΔＴ（℃）は相対的に高いことを確認できる。他方で、反応開始温度を超える前から超えた後にかけて排ガスメタン濃度（％）が０．３％を超えており、排ガス中の未燃ガス濃度を十分には抑えられないことを確認できる。

【0051】

図７は、第１実施例の実験結果を示すグラフ及び表である。第１実施例では、触媒層２１２Ｓがシース２１２Ｂの先端側に形成されていると共に、顆粒状触媒２１４が燃焼室２１１Ｂに充填されている。そして、顆粒状触媒２１４の質量は０．０７５ｇ、顆粒状触媒２１４の充填高さは約３ｍｍであり、測温接点Ｐ及び触媒層２１２Ｓが顆粒状触媒２１４から露出している。

【0052】

図７のグラフ及び表に示すように、ベース温度（℃）が２５９．９℃ではΔＴ（℃）は１１．５℃と僅かであり、排ガスのメタン濃度（％）も０．３７１％と高い。それに対して、ベース温度（℃）が２８０．５℃ではΔＴ（℃）は３１１．０℃と高くなり、排ガスメタン濃度（％）も０．００４％と低くなる。

【0053】

図７のグラフ及び表から、第１実施例では、反応開始温度が約２８０℃であり、反応開始温度でのΔＴ（℃）が３１１℃、反応開始後（ベース温度約３００℃）のΔＴ（℃）が３０４℃であることを確認できる。第１実施例は、第１比較例に比して、反応開始後のΔＴ（℃）が２倍以上と高くなることを確認できる。また、第１実施例は、第２比較例に比して、反応開始温度が５０℃ほど低温側にシフトすることを確認できる。さらに、第１実施例は、第２比較例とは異なり、反応開始温度を超えてからの排ガスメタン濃度（％）が０．００３～０．００４（％）と低くなり、排ガス中の未燃ガス濃度が極めて低く抑えられることを確認できる。

【0054】

第２及び第３実施例は、第１実施例の顆粒状触媒２１４の充填量及び充填高さを変更した実施例である。第２実施例では、顆粒状触媒２１４の質量は０．０３７５ｇ、顆粒状触媒２１４の充填高さは約１ｍｍであり、測温接点Ｐ及び触媒層２１２Ｓが顆粒状触媒２１４から露出している。

【0055】

図８は、第２実施例の実験結果を示すグラフ及び表である。このグラフ及び表に示すように、ベース温度（℃）が２６０．３℃ではΔＴ（℃）は３．５℃と僅かであり、排ガスのメタン濃度（％）も０．３７６％と高い。それに対して、ベース温度（℃）が２７９．７℃ではΔＴ（℃）は２９４．１℃と高くなり、排ガスメタン濃度（％）も０．０３７％と低くなる。

【0056】

図８のグラフ及び表から、第２実施例では、反応開始温度が約２８０℃であり、反応開始温度でのΔＴ（℃）が約２９４℃、反応開始後（ベース温度３００℃）のΔＴ（℃）が約２９６℃であることを確認できる。第２実施例は、第１実施例に比して、反応開始後のΔＴ（℃）が僅かに劣ることを確認できる。また、第２実施例は、第１実施例に比して、反応開始温度を超えてからの排ガスメタン濃度（％）が０．０１５～０．０３７（％）と高くなり、排ガス中の未燃ガス濃度が高くなることを確認できる。

【0057】

第３実施例では、顆粒状触媒２１４の質量は０．１１２５ｇ、顆粒状触媒２１４の充填高さは約４ｍｍであり、測温接点Ｐ及び触媒層２１２Ｓが顆粒状触媒２１４に覆われている。

【0058】

図９は、第３実施例の実験結果を示すグラフ及び表である。このグラフ及び表に示すように、ベース温度（℃）が２５９．２℃ではΔＴ（℃）は２８．６℃と僅かであり、排ガスのメタン濃度（％）も０．３４９％と高い。それに対して、ベース温度（℃）が２８０．１℃ではΔＴ（℃）は２０４．２℃と高くなり、排ガスメタン濃度（％）も０．００６％と低くなる。

【0059】

図９のグラフ及び表から、第３実施例では、反応開始温度が約２８０℃であり、反応開始温度でのΔＴ（℃）が約２０４℃、反応開始後（ベース温度３００℃）のΔＴ（℃）が約２００℃であることを確認できる。第３実施例は、第１実施例に比して、反応開始後のΔＴ（℃）が約２／３と劣ることを確認できる。また、第３実施例は、第１実施例と同様、反応開始温度を超えてからの排ガスメタン濃度（％）が０．００２～０．００６（％）と低くなり、排ガス中の未燃ガス濃度が極めて低く抑えられることを確認できる。

【0060】

第１～第３実施例の実験結果から、ベース温度が約２８０℃以上の場合に、燃料ガスの燃焼による発熱量がシース熱電対２１２の測定値に顕著に出現すると共に、反応開始温度付近で発熱量の測定値が安定することを確認できる。また、ベース温度が３００℃という条件でΔＴ（℃）について第１～第３実施例と第１比較例とを比較すると、第１～第３実施例が第１比較例の１４０℃よりも高くなること、特に第１及び第２実施例については２倍強と高くなることを確認できる。ここで、ΔＴ（℃）が大きいほどシース熱電対２１２による測温の分解能が高くなり、シース熱電対２１２による測温の精度が向上する。また、第１～第３実施例の反応開始温度は２８０℃付近であるのに対して、第２比較例の反応開始温度は３３０℃付近であること、即ち、第１～第３実施例が第２比較例よりも速応性に優れることを確認できる。

【0061】

さらに、反応開始温度を超えてからの排ガスメタン濃度（％）について、第１～第３実施例と第２比較例とを比較すると、第１～第３実施例が第２比較例の０．３４８～０．３５５％よりも格段に低い０．０１％未満であること、即ち、第１～第３実施例が第２比較例よりも排ガス中の未燃ガス濃度を極めて低く抑えることができることを確認できる。

【0062】

以上説明したように、本実施形態の熱量計２０では、顆粒状触媒２１４が、管材２１１内の燃焼室２１１Ｂに充填され、ストッパー部材２１５により堰き止められている。ここで、顆粒に比して粒径が小さい粉末状の触媒を用いる場合には、燃料ガスの流体抵抗の観点から、触媒を燃焼室２１１Ｂに密に充填することができない。それに対して、本実施形態の熱量計２０によれば、顆粒状触媒２１４を燃焼室２１１Ｂに密に充填した場合でも、顆粒状触媒２１４間の通気路を確保でき、燃料ガスの流体抵抗を抑えることができる。また、燃料ガスと顆粒状触媒２１４との燃焼反応の促進により未燃ガスの通過を抑制でき、排ガス中の未燃ガス濃度を低下させることができる。

【0063】

他方で、顆粒状触媒２１４を熱電対素線２１２Ａの先端側の測温接点Ｐを覆うように管材２１１内の燃焼室２１１Ｂに充填する場合には、顆粒状触媒２１４を均等に充填することが難しいことから、測温接点Ｐの周囲に空洞ができる場合がある。その場合、測温接点Ｐの周囲における燃料ガスと顆粒状触媒２１４との反応が促進されない。それに対して、本実施形態の熱量計２０によれば、触媒層２１２Ｓを測温接点Ｐの周囲に形成したことにより、測温接点Ｐの周囲における燃料ガスの燃焼反応を促進させることができる。さらに、本実施形態の熱量計２０によれば、燃料ガスと顆粒状触媒２１４との燃焼反応による燃焼室２１１Ｂの昇温効果も相俟って、測温接点Ｐの周囲における燃料ガスの燃焼時の発熱量を大きくすることができ、シース熱電対２１２による測温の分解能を高め、熱量計２０による燃料ガスの燃焼時の発熱量の測定精度を向上させることができる。

【0064】

また、本実施形態の熱量計２０によれば、顆粒状触媒２１４が測温接点Ｐが顆粒状触媒２１４から露出するように燃焼室２１１Ｂに充填されていることにより、測温接点Ｐが顆粒状触媒２１４に覆われている場合に比して、測温接点Ｐの周囲における燃料ガスの燃焼時の発熱量をより一層大きくすることができることが上述の実験により確認されている。

【0065】

また、本実施形態の熱量計２０によれば、シース熱電対２１２のシース２１２Ｂがアダプター２１２Ｄに固定され、このアダプター２１２Ｄが管材２１１の下端に固定されることにより、熱電対素線２１２Ａの測温接点Ｐと管材２１１とが相対的に位置決めされている。さらに、ストッパー部材２１５がシース２１２Ｂに固定されることで、ストッパー部材２１５と測温接点Ｐとが相対的に位置決めされている。従って、測温接点Ｐを燃焼室２１１Ｂ内の所望の位置に配置することができる。

【0066】

また、本実施形態の熱量計２０には、管材２１１におけるアダプター２１２Ｄとストッパー部材２１５との間に排気孔２１１Ａが形成されている。これにより、熱電対素線２１２Ａの測温接点Ｐと管材２１１との相対的な位置決めを行ったうえで、燃焼機能部２１での燃料ガスの燃焼により生じた排ガスを管材２１１外へ排出することができる。

【0067】

また、本実施形態の熱量計２０では、板材であるストッパー部材２１５の中心部に、シース２１２Ｂが挿通される孔２１５Ｂが形成され、ストッパー部材２１５の中心部の周囲の全域に、複数の通気孔２１５Ａが密に形成されている。これにより、ストッパー部材２１５を多孔質体にする場合に比して、燃料ガスの流体抵抗を抑えることができる。

【0068】

また、本実施形態の熱量計２０では、顆粒状触媒２１４の粒径が、１００μｍ以上１０００μｍ以下である。即ち、本実施形態の顆粒状触媒２１４は、粉末状の触媒に比して、粒径が格段に大きい。従って、顆粒状触媒２１４を燃焼室２１１Ｂに密に充填した場合でも、粉末状の触媒を用いる場合に比して、燃料ガスの流体抵抗を抑えることができる。

【0069】

また、本実施形態の熱量計２０では、管材２１１とシース熱電対２１２とは縦向きに配されている。このため、顆粒状触媒２１４を管材２１１内に充填する作業を、管材２１１の上端から管材２１１内に流し込むという簡易な作業で実施できる。

【0070】

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。

【0071】

例えば、上記実施形態では、管材２１１を縦向きとしたが、管材２１１を横向きにしてもよい。また、上記実施形態では、シース熱電対２１２を管材２１１の下流端から管材２１１内に挿入したが、熱電対素線２１２Ａを管材２１１の上流端や中間部から管材２１１内に挿入してもよい。また、燃焼機能部２１の構造は、上記実施形態の構成には限らず、適宜変更してもよい。

【0072】

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

【符号の説明】

【0073】

２０ 熱量計
２１１ 管材
２１１Ａ 排気孔
２１２ シース熱電対（測温体）
２１２Ｂ シース（被覆材）
２１２Ｄ アダプター（固定部）
２１２Ｓ 触媒層
２１３ ヒーター（加熱部）
２１４ 顆粒状触媒
２１５ ストッパー部材
２１５Ａ 通気孔
２１５Ｂ 孔
Ｐ 測温接点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】