特許 7461833 熱量計

(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】

(24)【登録日】2024-03-27

(45)【発行日】2024-04-04

(54)【発明の名称】熱量計

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/28 20060101AFI20240328BHJP

   G01K 17/00 20060101ALN20240328BHJP

【ＦＩ】

G01N25/28

G01K17/00 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020141623

(22)【出願日】2020-08-25

(65)【公開番号】P2022037471

(43)【公開日】2022-03-09

【審査請求日】2023-05-22

(73)【特許権者】

【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

(73)【特許権者】

【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】奥野 辰行

(72)【発明者】

【氏名】名川 良春

(72)【発明者】

【氏名】白木 正浩

(72)【発明者】

【氏名】南 辰志

(72)【発明者】

【氏名】河越 雅雄

【審査官】野口 聖彦

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６０－０４４８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５４－０３３７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－１９８４４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２５／００

Ｇ０１Ｋ １７／００

Ｇ０１Ｋ ７／００

(57)【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、
前記管材の内側における前記測温接点よりも下流側に設けられ、前記燃料ガスが通過する第１のストッパー部材と、
前記第１のストッパー部材により堰き止められ、前記測温接点を覆うように前記管材の内側に充填された顆粒状の触媒と、
前記触媒を加熱する加熱部と、
前記管材に固定された固定部と
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第１のストッパー部材を貫通し、
前記第１のストッパー部材は、前記測温体の被覆材に固定され、
前記第１のストッパー部材は、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熱量計。

【請求項2】

前記触媒の粒径は、１００μｍ以上１０００μｍ以下である請求項１に記載の熱量計。

【請求項3】

前記第１のストッパー部材と共に前記触媒を挟み込むように前記管材の内側に設けられ、前記燃料ガスが通過する第２のストッパー部材を備える請求項１又は２に記載の熱量計。

【請求項4】

前記管材は縦向きに配されている請求項１から３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、ガラス管内の触媒室に粒径が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、この触媒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】

【文献】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】

特許文献１に記載の熱量計では、ガラス管内を通過する燃料ガスの流体抵抗の観点から、粉末状の触媒及びガラスウールをガラス管内に密に詰め込むことは好ましくないとされている。ここで、粉末状の触媒及びガラスウールをガラス管内に密に詰め込まない場合、ガラス管内の触媒室に触媒が少ない又は無い空間ができる。この触媒が少ない又は無い空間に熱電対の測温接点が位置する場合、測温接点の周囲において、燃料ガスの燃焼反応が生じ難くなり、熱電対で計測される温度上昇幅が小さくなり、その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小さくなる。これにより、燃料ガスの燃焼時の発熱量の測定分解能および測定精度が低くなる。

【0005】

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料ガスの熱量測定の精度を向上させることができる熱量計を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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、前記管材の内側における前記測温接点よりも下流側に設けられ、前記燃料ガスが通過する第１のストッパー部材と、前記第１のストッパー部材により堰き止められ、前記測温接点を覆うように前記管材の内側に充填された顆粒状の触媒と、前記触媒を加熱する加熱部と、前記管材に固定された固定部とを備え、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第１のストッパー部材を貫通し、前記第１のストッパー部材は、前記測温体の被覆材に固定され、前記第１のストッパー部材は、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。

【0010】

本発明に係る熱量計において、前記触媒の粒径は、１００μｍ以上１０００μｍ以下であってもよい。

【0011】

本発明に係る熱量計において、前記第１のストッパー部材と共に前記触媒を挟み込むように前記管材の内側に設けられ、前記燃料ガスが通過する第２のストッパー部材を備えてもよい。

【0012】

本発明に係る熱量計において、前記管材は縦向きに配されてもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明の熱量計によれば、熱電対の測温接点の周囲に顆粒状の触媒が存在するので、測温接点の周囲において燃料ガスの燃焼反応が生じ、熱電対で計測される温度上昇幅が大きくなるため、その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が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【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第１のストッパー部材を示す平面図である。

【図5】図５は、実施例の燃焼特性を確認する実験の結果を示すグラフ及び表である。

【図6】図６は、比較例の燃焼特性を確認する実験の結果を示すグラフ及び表である。

【図7】図７は、実施例の触媒室と比較例の触媒室とを拡大して示す図である。

【図8】図８は、本発明の他の実施形態に係る熱量計の燃焼機能部を拡大して示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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ていることはいうまでもない。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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に導く。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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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、触媒２１４と、第１のストッパー部材２１５と、第２のストッパー部材２１６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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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の触媒室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。

【0030】

触媒２１４は、触媒室２１１ｂに充填された顆粒状の触媒である。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。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７１０μｍ以下がより好ましい。また、触媒２１４は、例えば、パラジウムや白金等を金属や金属酸化物が担持したもの等である。触媒室２１１ｂに充填される触媒２１４の質量は、０．１ｇ以上０．５ｇ以下が好ましい。ここで、本実施形態の触媒２１４の質量は、０．１２gであり、後述するように触媒室２１１ｂの上端から測温接点Ｐまでの距離は、約１ｍｍであり、触媒室２１１ｂの下端から上端までの距離は、約５ｍｍである。それに対して、触媒室２１１ｂに充填される触媒２１４の質量を０．１ｇとする場合、触媒室２１１ｂの下端から触媒２１４の上端までの距離は、４．１７（＝（０．１／０．１２）×５）ｍｍとなる。この場合、測温接点Ｐが触媒２１４から露出しない。

【0031】

第１のストッパー部材２１５は、触媒室２１１ｂの下側に配されている。この第１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。本実施形態の第１のストッパー部材２１５は円板である。また、本実施形態の第１のストッパー部材２１５の厚みは約１ｍｍである。

【0032】

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。図４は、図３に示す燃焼機能部２１の第１のストッパー部材２１５を示す平面図である。これらの図に示すように、第１のストッパー部材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、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、触媒２１４は、通気孔２１５ａを通過せずに第１のストッパー部材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。

【0033】

通気孔２１５ａは、第１のストッパー部材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、第１のストッパー部材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、第１のストッパー部材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。

【0034】

図３に示すように、第２のストッパー部材２１６は、触媒室２１１ｂの上側に配されている。この第２のストッパー部材２１６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。本実施形態の第２のストッパー部材２１６は円板である。ここで、第２のストッパー部材２１６の全域に複数の通気孔２１６ａが密に形成されている。この通気孔２１６ａの直径は、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、第２のストッパー部材２１６の通気孔２１６ａを通過するが、触媒２１４は、第２のストッパー部材２１６の通気孔２１６ａを通過せずに第２のストッパー部材２１６の下側に留まる。本実施形態の第２のストッパー部材２１６の通気孔２１６ａの直径は０．３ｍｍである。また、本実施形態の第２のストッパー部材２１６の厚みは約１ｍｍである。なお、触媒２１４が振動によって揺れ動いたり飛散したりすることが抑えられていればよく、かかる条件を満たしているのであれば、第２のストッパー部材２１６の構成を変更したり、第２のストッパー部材２１６を非設置にしたりすることが可能である。例えば、流路抵抗を抑える観点から、第２のストッパー部材２１６の通気孔２１６ａの直径を触媒２１４の粒径よりも大きくしたり、第２のストッパー部材２１６を網目状部材にしたり、第２のストッパー部材２１６の厚みを上記の約１ｍｍに比して小さくしたりすること等が可能である。

【0035】

ここで、熱電対素線２１２ａの先端の測温接点Ｐは、触媒室２１１ｂに配されている。測温接点Ｐの位置は、触媒室２１１ｂの径方向の中央部が好ましい。また、触媒室２１１ｂの上端（第２のストッパー部材２１６の下面）から測温接点Ｐまでの距離は、触媒２１４の粒径の最大値よりも大きいことが好ましい。本実施形態では、触媒室２１１ｂの上端から測温接点Ｐまでの距離は、約１ｍｍに設定されている。

【0036】

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２１４が所定の温度に加熱される。データロガー２３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。

【0037】

演算装置２４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。

【0038】

ここで、燃焼機能部２１の作製方法について説明する。まず、第１のストッパー部材２１５をシース２１２ｂに接着する。次に、シース熱電対２１２を第１のストッパー部材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、触媒２１４を、管材２１１の上端から第１のストッパー部材２１５の上に充填する。次に、管材２１１の上端から棒材（図示省略）を挿入して、この棒材により触媒室２１１ｂ内の上層の触媒２１４を平らにする。その後、第２のストッパー部材２１６を管材２１１の上端から挿入する。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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触媒室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。

【0042】

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、触媒２１４における温度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。

【0043】

具体的には、制御装置（図示省略）が、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。

【0044】

定電圧源２２はヒーター２１３に電圧を印加しており、触媒２１４の温度は例えば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。

【0045】

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。

【0046】

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、顆粒状の触媒２１４を用いた実施例の燃焼特性と、触媒を塗布した多孔質体を用いた比較例の燃焼特性とについて確認した。本実験では、触媒に対する加熱温度を２００℃から３６０℃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触媒の加熱温度との差ΔＴ（℃）（以下、単にΔＴ（℃）という）の変化を確認した。本実験ではメタン濃度３．０％の燃料ガスを用いた。

【0047】

実施例の仕様は以下のとおりである。まず、顆粒状の触媒２１４の粒径は、３５５μｍ以上７１０μｍ以下であり、触媒２１４の質量は、０．１１８１ｇである。管材２１１の内径は４．０ｍｍであり、触媒室２１１ｂの上端から測温接点Ｐまでの距離は１.０ｍｍである。管材２１１の材質はセラミックである。

【0048】

比較例の仕様は以下のとおりである。まず、金属多孔質体は、内部に多数の連続性気孔を有する構造体であり、ステンレスで形成されている。触媒は、ディップコーティングにより金属多孔質体に塗布されている。触媒の質量は０．０５１５ｇである。また、管材２１１の内径は４．０ｍｍであり、触媒室２１１ｂの上端から測温接点Ｐまでの距離は１．０ｍｍである。管材２１１の材質はセラミックである。

【0049】

図５は、実施例の燃焼特性を確認する実験の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、触媒２１４の加熱温度が２００℃～２６０℃の場合には、ΔＴ（℃）の上昇は僅か（触媒２１４の加熱温度が２６０．１℃のときにΔＴ（℃）が２．５℃）であるのに対して、触媒２１４の加熱温度が２８０℃以上の場合には、ΔＴ（℃）が２１０℃を超える。触媒２１４の加熱温度が３３０℃の場合には、ΔＴ（℃）は約２１４℃である。触媒２１４の加熱温度が２８０℃以上の場合に、ΔＴ（℃）が２１０℃以上の範囲で安定する。この実験結果から、触媒２１４の加熱温度が２８０℃以上の場合に、燃料ガスと触媒２１４との反応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。

【0050】

図６は、比較例の燃焼特性を確認する実験の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、触媒の加熱温度が０～２７０℃の場合には、ΔＴ（℃）の上昇は僅か（触媒の加熱温度が２６９．２℃のときにΔＴ（℃）が４．１℃）であるのに対して、触媒の加熱温度が３００℃以上の場合には、ΔＴ（℃）が１２０℃を超える。触媒の加熱温度が３３０℃の場合には、ΔＴ（℃）は約１４５℃である。この実験結果から、触媒の加熱温度が２８０℃以上の場合に、燃料ガスの燃焼反応による発熱量が熱電対の測定値に顕著に出現することを確認できる。

【0051】

ここで、触媒の加熱温度が３３０℃という条件で実施例と比較例とを比較すると、実施例のΔＴ（℃）は２１４℃であるのに対して、比較例のΔＴ（℃）は１４５℃であり、実施例が比較例を大きく上回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、実施例のΔＴ（℃）は反応開始温度（２８０℃）付近で安定するのに対して、比較例のΔＴ（℃）は反応開始温度（２８０℃）から離れた温度（３２０～３３０℃）で安定すること、即ち、実施例が比較例よりも速応性に優れることを確認できる。

【0052】

図７は、実施例の触媒室２１１ｂと比較例の触媒室とを拡大して示す図である。この図に示すように、実施例の触媒室２１１ｂと比較例の触媒室とを比較すると、実施例の触媒２１４間の隙間の大きさが、比較例の多孔質体の空洞Ｈの大きさに比して小さい。ここで、比較例の触媒室では、測温接点Ｐの周囲に空洞Ｈが位置する場合も想定され、この場合には、測温接点Ｐの周囲に触媒が存在しないことになり、温度の測定値が低くなる可能性がある。それに対して、実施例の触媒室２１１ｂでは、測温接点Ｐの周囲に触媒２１４が存在するので、比較例に比して温度の測定値が高くなる。

【0053】

以上説明したように、本実施形態の熱量計２０では、顆粒状の触媒２１４が、熱電対素線２１２ａの先端の測温接点Ｐを覆うように管材２１１内の触媒室２１１ｂに充填され、第１のストッパー部材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、触媒を触媒室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、触媒２１４を触媒室２１１ｂに密に充填した場合でも、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。他方で、多孔質体に触媒を担持させた構造体を用いる場合には、燃料ガスの流体抵抗は抑えられるものの、構造体の各所に大きな空洞Ｈが存在することになる。それに対して、本実施形態の熱量計２０によれば、触媒２１４を触媒室２１１ｂに密に充填できることにより、触媒２１４間に大きな空洞ができない。

【0054】

これによって、本実施形態の熱量計２０によれば、燃料ガスの流体抵抗を抑えたうえで、熱電対素線２１２ａの測温接点Ｐの周囲に大きな空洞を作らずに触媒２１４を存在させることができ、測温接点Ｐの周囲における燃料ガスと触媒２１４との反応を促進させることができる。従って、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。

【0055】

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、第１のストッパー部材２１５がシース２１２ｂに固定されることで、第１のストッパー部材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を触媒室２１１ｂ内の所望の位置に配置することができる。

【0056】

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と第１のストッパー部材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。

【0057】

また、本実施形態の熱量計２０では、板材である第１のストッパー部材２１５の中心部に、シース２１２ｂが挿通される孔２１５ｂが形成され、第１のストッパー部材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、第１のストッパー部材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。

【0058】

また、本実施形態の熱量計２０では、顆粒状の触媒２１４の粒径が、１００μｍ以上１０００μｍ以下である。即ち、本実施形態の触媒２１４は、粉末状の触媒に比して、粒径が格段に大きい。従って、触媒２１４を触媒室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。

【0059】

また、本実施形態の熱量計２０では、第１のストッパー部材２１５と第２のストッパー部材２１６とが、顆粒状の触媒２１４を挟み込むように管材２１１の内側に設けられている。これにより、顆粒状の触媒２１４が、燃料ガスの下流側のみならず上流側にも飛散しない。

【0060】

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、顆粒状の触媒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。

【0061】

図８は、本発明の他の実施形態に係る熱量計の燃焼機能部３２１を拡大して示す断面図である。この図に示すように、本実施形態の燃焼機能部３２１は、上述の実施形態の燃焼機能部２１の第１のストッパー部材２１５及び第２のストッパー部材２１６に代えて、第１のストッパー部材３１５及び第２のストッパー部材３１６を備える。

【0062】

第１のストッパー部材３１５及び第２のストッパー部材３１６は、金属多孔質体である。この金属多孔質体は、多数の連続性気孔を内部に有する構造体であり、本実施形態では例えばステンレスから形成されている。第１のストッパー部材３１５及び第２のストッパー部材３１６の気孔径は、触媒２１４の粒径よりも小さいことが望ましい。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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】

【0066】

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）
２１３ ヒーター（加熱部）
２１４ 触媒
２１５ 第１のストッパー部材
２１５ａ 通気孔
２１５ｂ 孔
２１６ 第２のストッパー部材
３１５ 第１のストッパー部材
３１６ 第２のストッパー部材
Ｐ 測温接点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】