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特表2020-514714水素を含みうるガスの燃焼特性を推定するための方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2020-514714(P2020-514714A)

(43)【公表日】2020年5月21日

(54)【発明の名称】水素を含みうるガスの燃焼特性を推定するための方法

(51)【国際特許分類】

G01N 33/22 20060101AFI20200424BHJP

G01F 1/34 20060101ALI20200424BHJP

【ＦＩ】

G01N33/22 E

G01F1/34 C

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

【全頁数】36

(21)【出願番号】特願2019-535340(P2019-535340)

(86)(22)【出願日】2017年12月15日

(85)【翻訳文提出日】2019年8月26日

(86)【国際出願番号】FR2017053613

(87)【国際公開番号】WO2018122490

(87)【国際公開日】20180705

(31)【優先権主張番号】1663468

(32)【優先日】2016年12月28日

(33)【優先権主張国】FR

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT

(71)【出願人】

【識別番号】517022108

【氏名又は名称】エンジー

【氏名又は名称原語表記】ＥＮＧＩＥ

(74)【代理人】

【識別番号】100107641

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田耕一

(74)【代理人】

【識別番号】100168273

【弁理士】

【氏名又は名称】古田昌稔

(72)【発明者】

【氏名】ウルリアック，マテュー

(72)【発明者】

【氏名】カペラ，サンドラ

(72)【発明者】

【氏名】ラントワン，ローラン

(72)【発明者】

【氏名】マンジュー，ナウシャド

【テーマコード（参考）】

2F030

【Ｆターム（参考）】

2F030CA04

2F030CC11

2F030CE09

2F030CE22

(57)【要約】

【解決手段】燃料ガスのグループに属する燃料ガスの少なくとも１つの燃焼特性を推定する方法であって、少なくとも１つの特性は、ウォッベ指数又は高位発熱量であり、方法は、
・燃料ガスの少なくとも２つの流動特性を測定すること（Ｅ０１）と、
・燃料ガスに含まれている水素の含有量Ｘ_H2を測定すること（Ｅ０２）と、
・少なくとも１つの特性Ξ_GN/H2は、次の経験的アフィン関係を用いて推定されること（Ｅ０３）と、
を含む、方法。
【数１】

ここで、
α，β，及びγは、燃料ガスのグループに関する所定の係数である。Ｙは、燃料ガスの少なくとも２つの流動特性の測定値から生成される燃料ガスの物理特性を表す変数である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料ガスのグループに属する燃料ガスの少なくとも１つの燃焼特性を推定する方法であって、前記少なくとも１つの特性は、ウォッベ指数又は高位発熱量であり、前記方法は、
・前記燃料ガスの少なくとも２つの流動特性を測定すること（Ｅ０１）と、
・前記燃料ガスに含まれている水素の含有量Ｘ_H2を測定すること（Ｅ０２）と、
・前記少なくとも１つの特性Ξ_GN/H2は、次の経験的なアフィン関係を用いて推定されること（Ｅ０３）と、
を含む、方法。

【数1】

ここで、
α，β，及びγは、前記燃料ガスのグループに関する所定の係数であり、
Ｙは、前記燃料ガスの前記少なくとも２つの流動特性の測定値から生成される前記燃料ガスの物理特性を表す変数である。

【請求項2】

前記係数α，β，及びγは、入力として前記水素の含有量Ｘ_H2に関する前記測定値を有し、出力として前記係数α，β，及びγを提供する表から読み取られた係数である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記表は、前記係数α，β，及びγを、前記水素の含有量Ｘ_H2に関して１％の幅を有する複数の数値範囲と関連付ける、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記係数α，β，及びγの値は、前記物理特性を表す前記Ｙの値及び前記燃焼特性が知られている、前記燃料ガスのグループの既知のガスに関するデータセットから得られる、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記燃料ガスのグループの既知のガスに関する前記データセットから、燃焼特性と物理特性を表すＹに関する値とをランダムに生成することを含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記ウォッベ指数及び前記高位発熱量は、２つの経験的なアフィン関係を用いて推定される、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

前記推定されたウォッベ指数及び前記推定された高位発熱量から前記燃料ガスの密度を推定することをさらに含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記燃料ガスの前記燃焼特性を調節すること、又は、燃料ガスの前記燃焼特性と、推定された空気の化学量論的な体積もしくは前記推定された特性に対応する推定された燃焼性指数とを調節することを含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

前記燃料ガスの前記少なくとも１つの燃焼特性は、前記ウォッベ指数ＩＷ_GN/H2を含み、前記燃料ガスの少なくとも２つの流動特性の前記測定は、流体狭窄部を通る音速流の状態にある前記燃料ガスの質量流量を測定すること（Ｅ１２）を含み、前記測定は、前記狭窄部の上流で測定された絶対圧力及び前記狭窄部の上流で測定された絶対温度で行われ、
前記方法は、測定された基準ガスの絶対圧力及び測定された基準ガスの絶対温度で、前記流体狭窄部を通る音速流の状態にある基準ガスの質量流量の測定が行われる校正手順（Ｅ１１）をさらに含み、
前記ウォッベ指数ＩＷ_GN/H2を推定する（Ｅ１４）ために使用される前記経験的なアフィン関係は、次の式で記述される、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。

【数2】

【数3】

ここで、
Ｑ_mes,2は、測定された前記燃料ガスの前記質量流量であり、
Ｐ_mesは、測定された前記燃料ガスの前記絶対圧力であり、
Ｔ_mesは、測定された前記燃料ガスの前記絶対温度であり、
Ｑ_refは、測定された前記基準ガスの前記質量流量であり、
Ｐ_refは、測定された前記基準ガスの前記絶対圧力であり、
Ｔ_refは、測定された前記基準ガスの前記絶対温度であり、
Ｄ，Ｅ，及びＦは、前記燃料ガスのグループに関する所定の係数であり、それぞれ、前記係数α，β，及びγに対応する。

【請求項10】

前記燃料ガスの前記ウォッベ指数が推定され、前記方法は、前記燃料ガスの前記密度を測定すること、及び前記推定されたウォッベ指数と測定された前記ガスの密度とから前記高位発熱量を推定すること、をさらに含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項11】

前記燃料ガスの前記少なくとも１つの燃焼特性は、前記高位発熱量ＰＣＳ_GN/H2を含み、
前記燃料ガスの少なくとも２つの流動特性の前記測定は、
・圧力降下を生じさせる装置を通る層流の状態にある前記燃料ガスの前記質量流量を測定（Ｅ２２）し、前記測定は、前記燃料ガスの粘度及び基準ガスの粘度に依存すること、
・圧力降下を生じさせる前記装置の下流で、熱式質量流量計を用いて前記燃料ガスの前記質量流量を測定（Ｅ２３）し、前記測定は、前記燃料ガスの比熱容量及び前記基準ガスの前記粘度に依存すること、
を含み、
前記高位発熱量ＰＣＳ_GN/H2を推定する（Ｅ２５）ために使用される前記経験的なアフィン関係は、次の式で記述される、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。

【数4】

【数5】

ここで、
Ｚは、変数Ｙに対応する変数であり、
Ｑ_mes,1は、測定された圧力降下を生じさせる装置を通る層流の状態にある前記燃料ガスの前記質量流量であり、
Ｑ_mes,2は、圧力降下を生じさせる前記装置の下流で測定された前記燃料ガスの前記質量流量であり、
Ａ，Ｂ，及びＣは、前記燃料ガスのグループに関する所定の係数であり、それぞれ、前記係数α，β，及びγに対応する。

【請求項12】

燃料ガスのグループに属する燃料ガスの少なくとも１つの燃焼特性を推定するための装置であって、前記少なくとも１つの特性は、ウォッベ指数又は高位発熱量であり、前記装置は、
・前記燃料ガスの少なくとも２つの流動特性を測定するための少なくとも２つのモジュール（３ａ，３ｂ）と、
・前記燃料ガスに含まれている水素の含有量Ｘ_H2を測定するためのモジュール（４）と、
・次の経験的なアフィン関係を用いて前記少なくとも１つの特性Ξ_GN/H2を推定するように構成されたモジュール（５）と、
を含む、装置。

【数6】

【請求項13】

前記燃料ガスの前記少なくとも１つの燃焼特性は、前記ウォッベ指数ＩＷ_GN/H2を含み、前記装置は、
・前記燃料ガスの流れを受け入れるための入口（１１）、
・基準ガスの流れを受け入れるための入口（１２）、
・前記燃料ガスの前記流れ又は前記基準ガスの前記流れを管（１３）に導くためのセレクタ及び案内モジュール（３１，３５）、
・流体狭窄部（３２）、及び、
・前記流体狭窄部を通る音速流の状態にある前記燃料ガスの質量流量を測定するためのモジュール（３３）であって、前記狭窄部の上流で絶対圧力を測定するためのサブモジュール、及び前記狭窄部の上流で絶対温度を測定するためのサブモジュール、を含むモジュール（３３）、
を備え、
前記ウォッベ指数ＩＷ_GN/H2を推定するために使用される前記経験的なアフィン関係は、次の式で記述される、請求項１２に記載の装置。

【数7】

【数8】

【請求項14】

前記装置は、前記燃料ガスの前記ウォッベ指数を推定するのに適しており、前記装置は、前記燃料ガスの密度を測定するためのモジュールをさらに備え、前記少なくとも１つの特性を推定するために構成されている前記モジュール（５）は、さらに、前記推定されたウォッベ指数及び前記ガスの測定された前記密度から、前記高位熱容量を推定するように構成されている、請求項１２又は１３に記載の装置。

【請求項15】

前記燃料ガスの前記少なくとも１つの燃焼特性は、前記高位発熱量ＰＣＳ_GN/H2を含み、前記装置は、
・前記燃料ガスの流れを受け入れるための入口（１１１）、
・圧力降下を生じさせる装置を通る層流の状態にある前記燃料ガスの前記質量流量を測定するためのモジュール（１３２）であって、前記測定は、前記燃料ガスの粘度及び基準ガスの粘度に依存するモジュール（１３２）、及び、
・圧力降下を生じさせる前記装置の下流で、熱式質量流量計を用いて前記燃料ガスの前記質量流量を測定するためのモジュール（１３３）であって、前記測定は、前記燃料ガスの比熱容量及び基準ガスの熱容量に依存するモジュール（１３３）、
を備え、
前記高位発熱量ＰＣＳ_GN/H2を推定するために使用される前記経験的なアフィン関係は、次の式で記述される、請求項１２又は１３に記載の方法。

【数9】

【数10】

【請求項16】

前記経験的なアフィン関係を用いて、前記少なくとも１つの特性Ξ_GN/H2を推定するために構成されている前記モジュールは、さらに、空気の化学量論的な体積又は燃焼性指数を推定するように構成されている、請求項１２から１５のいずれか１項に記載の装置。

【請求項17】

前記燃料ガスの前記燃焼特性を調節するためのモジュール、又は、燃料ガスの前記燃焼特性と、推定された空気の化学量論的な体積もしくは前記推定された特性に対応する推定された燃焼性指数とを調節するためのモジュールをさらに備える、請求項１２から１６のいずれか１項に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料ガスのグループの一部を形成する燃料ガスの燃焼特性を推定する一般分野に関し、少なくとも１つの特性は、ウォッベ指数又は高位発熱量である。

【背景技術】

【0002】

本発明の特定の用途は、水素を含有する燃料ガス、例えば、体積で０％から２０％の範囲にある水素の量を含有する燃料ガスの燃焼特性を推定することにある。

【0003】

再生可能資源は、断続的かつエネルギーの必要量と相関関係がないように使用することがあるため、再生可能エネルギー源を使用する際には、エネルギーを貯蔵するための手段の使用が必要となることがある。このことは、特に、太陽光発電、又は、風力タービンを用いた発電の場合に適用される。

【0004】

再生可能エネルギー源からのエネルギーを貯蔵するための手段として、水の電気分解によって得られる水素を使用することが提案されている。

【0005】

この方法で生成される水素は、次いで貯蔵庫、例えば、地下に貯蔵でき、又は、天然ガス供給網に導入することもできる。得られるガスは、したがって、０％から２０％の範囲で水素を含みうる。

【0006】

比重の平方根に対する燃料ガスの発熱量の比率であるウォッベ指数（キロワット時毎ノルマル立方メートル（ｋＷｈ／Ｎｍ³））、及び高位発熱量（ｋＷｈ／Ｎｍ³）は、家庭的利用であろうと産業的利用であろうと、ガスバーナーの燃焼の設定に影響を与える２つの主な燃料の特徴的な数値である。

【0007】

ガスの用途の種類、及び使用される測定手段（流量が吸引発生手段によって測定されるかどうか）に応じて、これら２つのパラメータのうちの一方又は他方が考慮に入れられる。

【0008】

一例として、一定の供給圧力で供給されるインジェクタ（例えば、クックトップ又はリボンバーナー）の場合、供給される出力は、圧力、インジェクタの貫通部、水頭損失、及び燃料のウォッベ指数に依存する。

【0009】

質量又は体積の流量計が利用できる適用例では、供給される出力は、測定された流速及び発熱量に依存する。

【0010】

特に、バーナーによって供給される熱量は、ウォッベ指数又は高位発熱量（ＰＣＳ）のいずれかに比例する。同様に、ヨーロッパで流通している、水素を含まない天然ガスの場合、化学量論での燃焼を得るために必要な空気の量は、燃料ガスのこれらの特性のうちの一方又は他方に依存する。

【0011】

天然ガスの輸送及び流通のためのヨーロッパのネットワークは、ますます網目状になり、様々な供給元によって供給されている。そのため、天然ガスの特性（中でもウォッベ指数及びＰＣＳ）は、したがって、ネットワークの任意の点で、無視できない程度で（±５％以上）時間とともに変化しうることに留意するべきである。

【0012】

そのため、ガラス製造、セラミック、発電、石灰、及び冶金産業で行われるような産業的過程は、これらの変化に対して敏感である。結果として、燃焼を最適化するために、燃焼を調節するための具体的な解決策を利用することが必要である。この種類の調節を実行するために、ウォッベ指数又は高位発熱量を測定することが可能である。

【0013】

天然ガスの場合、単純に、堅牢に、そして正確にこれらのパラメータを測定するための技術的な解決策がある。しかし、水素が燃料中に存在するときには、そのような解決策は不十分である。水素の体積が１％を超えると、これらのパラメータの測定における誤差が大幅に増加し、測定が再現可能となる保証はない。

【0014】

さらに、産業用の機器、さらには家庭用の機器でさえ、非常に小さい割合であっても、水素の添加に対して敏感でありうる。

【0015】

結果として、ガラス製造又は冶金工程のような高感度での使用だけでなく、ネットワークの操作者が利用者に供給されるガス燃料の燃焼特性を局所的に管理できるように、これらの新規な燃料の主要な燃焼パラメータを継続的な方法で定量できる新規な測定装置が必要である。

【0016】

ウォッベ指数及び発熱量を測定又は推定するための方法が提案されている。

【0017】

具体的に、おそらくゼロでない割合の水素を含む天然ガスのウォッベ指数及び／又は発熱量を測定するために使用されうる装置の４つのグループがある。
・熱量測定（発熱量用）：測定は、制御された量のガスを燃焼させることを含む。その後、放出されるエネルギーは、（ガス又は水の）熱交換器を横切る入力／出力の温度差によって定量される。精度は１０％のオーダー（すなわち、１．１ｋＷｈ／Ｎｍ³）である。しかし、各測定は約１０分かかる。その技術は、次第に使われなくなっている。
・燃焼測定（ウォッベ指数用）：測定は、空気／ガスの混合物を燃焼させることを含む。燃焼生成物における酸素の含有量は、ジルコニアプローブによって測定される。残留している酸素の含有量は、燃焼性指数と相関しており、それ自体は、天然ガスに関して、ウォッベ指数と相関している。この種類の装置は、約１５，０００ユーロかかる。この種類の機器は、水素の含有量が低い混合物について作動する（体積で５％を超える水素の含有量に対しては、ウォッベ指数は、もはや燃焼性指数と直線的に比例しない）。この技術の欠点は、５％のオーダー（すなわち、０．７５ｋＷｈ／Ｎｍ³）と精度が低いこと、及び相当なメンテナンスを要すること（混合物の燃焼が起こるオーブンの高温による劣化）である。
・気相クロマトグラフィー（ウォッベ指数用及び発熱量用）：この技術は、気体混合物から分子を分離するのに役立つ。ウォッベ指数及び発熱量は、ガスの組成に関する情報に基づいて計算されうる。高出力での燃料の燃焼機器（例えば、ガスタービン）の場合、気相クロマトグラフィーは、一般に、熱量測定及び燃焼測定に取って代わる。これらの測定装置の精度はよりよく、０．５％のオーダー（すなわち、ウォッベ指数に関して０．０８ｋＷｈ／Ｎｍ³）である。機器が水素分子を分離できる特定のセンサを備えているならば、この種類の機器は天然ガスと水素との混合物についても作動しうる。気相クロマトグラフィーの主な欠点は、昨今の改善が考慮されたとしても、費用である（費用はおそらく２０，０００ユーロから５０，０００ユーロの範囲にありうる）。さらに、最善の状況でも、気相クロマトグラフィー機器の応答時間は１分のオーダーである。したがって、測定されるガスと燃料の燃焼機器（例えば、バーナー）によって実際に使用されているガスとの間で不一致がありうる。
・相関装置（ウォッベ指数用又は高位発熱量用）：ウォッベ指数又は高位発熱量と相関する１つ又は複数の物理的な数値がそのような装置で測定される。コンピュータによって実行される相関関係は、次に、ウォッベ指数又はＰＣＳを推定するのに使用される。この種類の装置は、ヨーロッパで流通している種類の天然ガスに関して、１％以下の精度を得ることを可能にする。この種類の技術の利点は、応答速度（瞬時）、費用（１０，０００ユーロから２０，０００ユーロの範囲）、堅牢性、及びメンテナンスの削減である。それにもかかわらず、市販の装置は、天然ガスと水素との混合物について作動しない。実際の天然ガス（純粋なメタンではない）が体積で水素を数パーセント含むと、誤差は劇的に増加する。

【0018】

最新技術に含まれる文献EP 1 346 215には、相関関係によってウォッベ指数を測定するための装置が記載されている。

【0019】

文献US 4 384 792も知られており、これには、相関関係によってガス燃料のウォッベ指数を測定し調節するための装置、及びウォッベ指数を調節することが記載されている。

【0020】

文献US 6 244 097も知られており、これには、相関関係によってガス燃料の発熱量を測定するための装置が開示されている。

【0021】

最後に、既知の文献DE 4 118 781には、相関関係によってガス燃料の発熱量及びウォッベ指数を測定するための装置が開示されている。

【0022】

それらの文献に開示されている解決策は、相関装置の欠点を有する。特に、それらの精度は非常に低いので、調査対象の燃料ガスが水素を含むと、それらは使用に適さない。

【0023】

さらに、上記したように、天然ガスと水素との混合物について作動できる他の装置は、特に高価であり、このことは、それらの用途を、主要な産業グループに設置されうる種類の高出力の機器に限定する。

【0024】

本発明は、特に、これらの欠点の少なくともいくつかを軽減することを目的とする。

【発明の概要】

【0025】

本発明は、燃料ガスのグループに属する燃料ガスの少なくとも１つの燃焼特性を推定する方法を提案することによってこの要求を満たし、前記少なくとも１つの特性は、ウォッベ指数又は高位発熱量であり、前記方法は、
・前記燃料ガスの少なくとも２つの流動特性を測定することと、
・前記燃料ガスに含まれている水素の含有量Ｘ_H2を測定することと、
・前記少なくとも１つの特性Ξ_GN/H2は、次の経験的なアフィン関係を用いて推定されることと、
を含む。

【0026】

【数1】

【0027】

【0028】

この方法は、したがって、相関型の方法に関連し、この方法は、したがって、簡単かつ安価に実施されうる。この方法により、結果を極めて迅速に得ることが可能となる。

【0029】

本発明は、従来技術の方法とは異なり、燃料ガスにおける水素の含有量を考慮に入れている。

【0030】

本発明は、０％から２０％の範囲の水素の体積含有量を有する燃料ガスに適用できることに留意するべきである。

【0031】

本発明者らは、高位発熱量及びウォッベ指数の両方を推定するために同じ形式の経験的なアフィン関係を使用することが可能であることを見出した。

【0032】

参考として、測定されているのが高位発熱量であるかウォッベ指数であるかに応じて、燃料ガスの様々な異なる流動特性が測定されうる。言い換えれば、変数Ｙは、測定されているのが高位発熱量であるかウォッベ指数であるかに応じて異なる形式を有していてもよい。

【0033】

さらに、係数α，β，及びγは、定数である必要はなく、それらは、測定されているのが高位発熱量であるかウォッベ指数であるかに応じて、異なっていてもよい。

【0034】

燃料ガスの流動特性は、流動手段において測定された特性であること、及び、それらは、流量、温度、又は圧力を含む群から選択されてもよいことに留意するべきである。

【0035】

変数Ｙは、ガスの物理特性を表す。参考として、変数Ｙは、燃料ガスの粘度、その比熱容量（単位重量当たりの）、又はその密度などの１つ又は複数の物理特性と関連付けられていてもよい。変数Ｙがこれらの物理特性を表し、又は変数Ｙがこれらの物理特性に関連付けられていることは、これらの物理特性を関連付けている数学関数の形式でそれを記述できることを意味する。これらの特性は変数Ｙを生成するために使用されるので、変数Ｙは、物理特性を関連付けている数学関数の形式、及び、燃料ガスの流動特性を関連付けている数学関数の形式の両方で記述されていてもよい。特に、流動特性の測定の特定の種類に関して、複数のそのような測定を燃料ガスの流れの物理特性と関連付けることが可能である。

【0036】

したがって、
流動特性Ｕ₁の測定に関してＵ_mes,1の記号を使用し、
流動特性Ｕ₂の測定に関してＵ_mes,2の記号を使用し、
流動特性Ｕ₃の測定に関してＵ_mes,3の記号を使用することによって、以下が与えられる。

【0037】

【数2】

【0038】

特定の実施では、前記係数α，β，及びγは、入力として前記水素の含有量Ｘ_H2に関する前記測定値を有し、出力として前記係数α，β，及びγを提供する表から読み取られた係数である。

【0039】

これにより、推定されている特性のより正確な推定を行うことが可能になる。

【0040】

特定の実施では、前記表は、前記係数α，β，及びγを、前記水素の含有量Ｘ_H2に関して１％の幅を有する複数の数値範囲と関連付ける。

【0041】

言い換えれば、表は、１％のオーダーの粒度を有する。

【0042】

本発明の発明者らは、これにより、許容できるレベルの複雑さで満足できる精度が得られることを見出した。

【0043】

特定の実施では、前記係数α，β，及びγの値は、前記物理特性を表す前記Ｙの値及び前記燃焼特性が知られている、前記燃料ガスのグループの既知のガスに関するデータセットから得られる。

【0044】

「既知のガス」の語句は、組成が知られているガス、例えば、決定された化学的性質を持つ様々な成分の割合が知られているガスを包含するべく使用される。当業者は、そのようなガスの燃焼特性を決定する方法を知っており、特に、ゼロでない量の水素を含む既知のガスを利用できる。

【0045】

特定の実施では、前記燃料ガスのグループの既知のガスに関する前記データセットから、燃焼特性と物理特性を表すＹに関する値とをランダムに生成することを含む。

【0046】

特定の実施では、前記ウォッベ指数及び前記高位発熱量は、２つの経験的なアフィン関係を用いて推定される。

【0047】

したがって、この方法を１回実施すれば、これらの燃焼特性の両方を推定することが可能である。

【0048】

特定の実施では、前記方法は、前記推定されたウォッベ指数及び前記推定された高位発熱量から前記燃料ガスの密度を推定することをさらに含む。

【0049】

特定の実施では、前記方法は、前記燃料ガスの前記燃焼特性を調節すること、又は、燃料ガスの前記燃焼特性と、推定された空気の化学量論的な体積もしくは前記推定された特性に対応する推定された燃焼性指数とを調節することを含む。

【0050】

特定の実施では、前記燃料ガスの前記少なくとも１つの燃焼特性は、前記ウォッベ指数ＩＷ_GN/H2を含み、前記燃料ガスの少なくとも２つの流動特性の前記測定は、流体狭窄部（例えば、オリフィス又はマイクロノズル）を通る音速流の状態にある（すなわち、音速以上の速度で）前記燃料ガスの質量流量を測定することを含み、前記測定は、前記狭窄部の上流で測定された絶対圧力及び前記狭窄部の上流で測定された絶対温度で行われ、
前記方法は、前記狭窄部の上流で測定された基準ガスの絶対圧力及び前記狭窄部の上流で測定された基準ガスの絶対温度で、前記流体狭窄部を通る音速流の状態にある基準ガス（例えば、メタン）の質量流量の測定が行われる校正手順をさらに含み、
前記ウォッベ指数ＩＷ_GN/H2を推定するために使用される前記経験的なアフィン関係は、次の式で記述される。

【0051】

【数3】

【0052】

【数4】

【0053】

【0054】

特定の実施では、前記燃料ガスの前記ウォッベ指数が推定され、前記方法は、前記燃料ガスの前記密度を測定すること、及び前記推定されたウォッベ指数と測定された前記ガスの密度とから前記高位発熱量を推定すること、をさらに含む。

【0055】

特定の実施では、前記燃料ガスの前記少なくとも１つの燃焼特性は、前記高位発熱量ＰＣＳ_GN/H2を含み、前記燃料ガスの少なくとも２つの流動特性の前記測定は、
・圧力降下を生じさせる装置を通る層流の状態にある前記燃料ガスの前記質量流量を測定し、前記測定は、前記燃料ガスの粘度及び基準ガス（例えば、メタン）の粘度に依存すること、
・圧力降下を生じさせる前記装置の下流で、熱式質量流量計を用いて前記燃料ガスの前記質量流量を測定し、前記測定は、前記燃料ガスの比熱容量及び基準ガスの熱容量に依存すること、
を含み、
前記高位発熱量ＰＣＳ_GN/H2を推定するために使用される前記経験的なアフィン関係は、次の式で記述される。

【0056】

【数5】

【0057】

【数6】

【0058】

【0059】

例えば、基準ガスの粘度に関する値及び基準ガスの熱容量に関する値を得るために、基準ガスを用いて校正工程を実行することが可能である。

【0060】

この校正工程は、特に、水素を含有するガスのような、純粋ではないガスに関して、正確な測定を行うことを可能にする。

【0061】

本発明は、また、燃料ガスのグループに属する燃料ガスの少なくとも１つの燃焼特性を推定するための装置を提供し、前記少なくとも１つの特性は、ウォッベ指数又は高位発熱量であり、前記装置は、
・前記燃料ガスの少なくとも２つの流動特性を測定するための少なくとも２つのモジュールと、
・前記燃料ガスに含まれている水素の含有量Ｘ_H2を測定するためのモジュールと、
・次の経験的なアフィン関係を用いて前記少なくとも１つの特性Ξ_GN/H2を推定するように構成されたモジュールと、
を含む。

【0062】

【数7】

【0063】

【0064】

この装置は、上記したように、本方法の実施の全てを実行するように構成されていてもよい。

【0065】

この装置は、燃料ガスの流動特性が測定されうるように、燃料ガスが流れる流動部材を含んでいてもよいことに留意するべきである。

【0066】

特定の実施形態では、前記燃料ガスの前記少なくとも１つの燃焼特性は、前記ウォッベ指数ＩＷ_GN/H2を含み、前記装置は、
・前記燃料ガスの流れを受け入れるための入口、
・基準ガスの流れを受け入れるための入口、
・前記燃料ガスの前記流れ又は前記基準ガスの前記流れを管に導くためのセレクタ及び案内モジュール、
・流体狭窄部、及び、
・前記流体狭窄部を通る音速流の状態にある前記燃料ガスの質量流量を測定するためのモジュールであって、前記狭窄部の上流で絶対圧力を測定するためのサブモジュール、及び前記狭窄部の上流で絶対温度を測定するためのサブモジュール、を含むモジュール、
を備え、
前記ウォッベ指数ＩＷ_GN/H2を推定するために使用される前記経験的なアフィン関係は、次の式で記述される。

【0067】

【数8】

【0068】

【数9】

【0069】

【0070】

特定の実施形態では、前記装置は、前記燃料ガスの前記ウォッベ指数を推定するのに適しており、前記装置は、前記燃料ガスの密度を測定するためのモジュールをさらに備え、前記少なくとも１つの特性を推定するために構成されている前記モジュールは、さらに、前記推定されたウォッベ指数及び前記ガスの測定された前記密度から、前記高位熱容量を推定するように構成されている。

【0071】

詳細には、高位発熱量は、測定された密度の二乗を推定されたウォッベ指数に乗ずることによって得られる。

【0072】

参考として、スイスの供給業者ＴＲＡＦＡＧからの参照番号８７７４を有する密度センサを使用することが可能であることに留意するべきである。

【0073】

特定の実施形態では、前記燃料ガスの前記少なくとも１つの燃焼特性は、前記高位発熱量ＰＣＳ_GN/H2を含み、前記装置は、
・前記燃料ガスの流れを受け入れるための入口、
・圧力降下を生じさせる装置を通る層流の状態にある前記燃料ガスの前記質量流量を測定するためのモジュールであって、前記測定は、前記燃料ガスの粘度及び基準ガスの粘度に依存するモジュール、及び、
・圧力降下を生じさせる前記装置の下流で、熱式質量流量計を用いて前記燃料ガスの前記質量流量を測定するためのモジュールであって、前記測定は、前記燃料ガスの比熱容量及び基準ガスの熱容量に依存するモジュール、
を備え、
前記高位発熱量ＰＣＳ_GN/H2を推定するために使用される前記経験的なアフィン関係は、次の式で記述される。

【0074】

【数10】

【0075】

【数11】

【0076】

【0077】

特定の実施形態では、前記経験的なアフィン関係を用いて、前記少なくとも１つの特性Ξ_GN/H2を推定するために構成されている前記モジュールは、さらに、空気の化学量論的な体積又は燃焼性指数を推定するように構成されている。

【0078】

特定の実施形態では、前記装置は、前記燃料ガスの前記燃焼特性を調節するためのモジュール、又は、燃料ガスの前記燃焼特性と、推定された空気の化学量論的な体積もしくは前記推定された特性に対する推定された燃焼性指数とを調節するためのモジュールをさらに備える。

【0079】

この調節モジュールは、特に、例えば、空気のような追加のガスを導入するためのアクチュエータを備えていてもよい。調節は、閉ループ制御で行われてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0080】

本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照して行われる以下の説明から明らかであり、添付の図面は、非限定的な特徴を有する例を示す。

【0081】

【図1】図１は、燃焼特性を推定する方法の一例の工程を示す図である。

【図2】図２は、燃焼特性を推定するための装置の一例を示す図である。

【図3】図３は、ウォッベ指数を推定する方法の工程の図である。

【図4】図４は、ウォッベ指数を推定するための装置の一例の図である。

【図5】図５は、高位発熱量を推定する方法の工程の図である。

【図6】図６は、高位発熱量を推定するための装置の一例を示す図である。

【図7】図７は、ウォッベ指数及び高位発熱量を推定するための装置の一例を示す図である。

【図8】図８は、ウォッベ指数を調節するための装置の一例の図である。

【発明を実施するための形態】

【0082】

以下、燃料ガスのグループに属する燃料ガスの燃焼特性を推定するための方法及び装置について説明する。特性は、ウォッベ指数又は高位発熱量であってもよい。

【0083】

本発明は、単一の特性を推定するいずれかの方法に限定されず、ウォッベ指数及び高位発熱量を同時に推定することを含んでいてもよい。

【0084】

図１は、燃料ガスの燃焼特性を推定する方法の工程を示す図である。

【0085】

この方法は、特に、ゼロでない量の水素を含みうるガス、特に、０％から２０％の範囲で水素を含む燃料ガスに適している。

【0086】

第１の工程Ｅ０１において、燃料ガスの少なくとも２つの流動特性が測定される。測定対象の燃料ガスは、次に流動部材を流れ、温度、圧力、又は流量などの流動特性が、例えば、センサを用いて測定される。

【0087】

第２の工程Ｅ０２において、流動ガスにおける水素の含有量が、測定され、Ｘ_H2で記述される。本発明の実施及び実施形態の全てにおいて、水素の含有量は、モル分率又は体積分率であってもよいことに留意するべきである。圧力が十分に低ければ、理想気体の法則が適用されると仮定してもよく、モル分率及び体積分率が同じ値を有すると仮定してもよい。本発明の適用において、水素の含有量は、モル分率又は体積分率と同じ値を有する。この工程は、工程Ｅ０１と同時に実施されてもよく、又は工程Ｅ０１の前に実施されてもよく、又は工程Ｅ０１の後に実施されてもよい。

【0088】

第３の工程Ｅ０３において、Ξ_GN/H2で記述される特性は、次の経験的なアフィン関係を用いて推定される。

【0089】

【数12】

【0090】

α，β，及びγは、燃料ガスのグループに関する所定の係数である。Ｙは、燃料ガスの少なくとも２つの流動特性の測定値から生成される燃料ガスの物理特性を表す変数である。

【0091】

燃料ガスの少なくとも２つの流動特性の測定値は、特に、変数Ｙが、粘度、比熱容量（単位重量当たり）、又は密度などの燃料ガスの物理特性を表すことができるように、また、燃料ガスの流動特性の測定値に応じて表現されうるように、選択される。

【0092】

したがって、流動特性Ｕ₁の測定に関してＵ_mes,1の記号を使用し、流動特性Ｕ₂の測定に関してＵ_mes,2の記号を使用し、流動特性Ｕ₃の測定に関してＵ_mes,3の記号を使用することによって、以下が与えられる。

【0093】

【数13】

【0094】

図２は、燃料ガスのグループに属する燃料ガスの少なくとも１つの燃焼特性を推定するための装置の実施形態を示す。

【0095】

本装置は、特に、図１を参照して説明した種類の方法を実行できる。

【0096】

この例では、装置１は、例えば、ウォッベ指数又は高位発熱量を推定することが要求される燃料ガスの流れを受け入れるように構成されている流動部材２を備える。流動部材は、燃料ガスの流れを受け入れるための入口２ａと、出口２ｂとを有する。

【0097】

装置１は、また、燃料ガスの流動特性を測定するための２つのモジュール３ａ及び３ｂを有する。

【0098】

一例として、モジュール３ａ及び３ｂは、両方とも、又はそれぞれ、流量、圧力、又は温度を測定してもよい。

【0099】

具体的には、モジュール３ａ及び３ｂは、流量、圧力、又は温度を測定するための従来型のセンサである。

【0100】

装置１は、水素の含有量Ｘ_H2を測定するためのモジュール４、例えば、水素のモル百分率を送信するセンサを含む。

【0101】

モジュール３ａ，３ｂ，及び４は、それらのそれぞれの測定の結果を推定モジュール５に伝えるように、推定モジュール５と通信する。推定モジュール５は、プロセッサ及びメモリ（図示しない）を有するコンピュータであってもよい。

【0102】

モジュール５は、次の経験的なアフィン関係を用いて、少なくとも１つの特性Ξ_GN/H2を推定するように構成されている。

【0103】

【数14】

【0104】

α，β，及びγは、燃料ガスのグループに関する所定の係数である。Ｙは、モジュール３ａ及び３ｂによって測定された燃料ガスの少なくとも２つの流動特性の値から生成される燃料ガスの物理特性を表す変数である。

【0105】

この目的のために、モジュール５は、メモリに格納された、所定の係数α，β，及びγについて取りうる値を有していてもよい。モジュール５は、さらに、推定を実行することを可能にするために、メモリに格納されたコンピュータプログラムの命令を有していてもよい。

【0106】

一例として、コンピュータプログラムは、モジュール３ａ及び３ｂによって測定された値から変数Ｙを計算するための命令と、上記の定義された関数を用いて特性Ξ_GN/H2を計算するための命令と、を含んでいてもよい。

【0107】

任意には、装置１は、少なくとも１つの特性を調節するために、推定モジュール５によって制御されるアクチュエータ６を含んでいてもよい。一例として、アクチュエータ６は圧縮空気のインジェクタであってもよい。

【0108】

図３及び４を参照して、燃料ガスのウォッベ指数ＩＷ_GN/H2を推定する方法及び実施形態が説明される。

【0109】

図３は、燃料ガスのウォッベ指数ＩＷ_GN/H2を推定する方法の工程を示す。

【0110】

この方法は、流体狭窄部（例えば、オリフィス又はマイクロノズル）を通る音速流の状態にある基準ガス（例えば、メタン）の質量流量の測定が、測定された基準ガスの絶対圧力及び測定された基準ガスの絶対温度で行われる校正の第１工程Ｅ１１を含む。

【0111】

第２の工程Ｅ１２では、流体狭窄部を通って音速流の状態にある燃料ガスの質量流量の測定が行われる。この測定は、狭窄部の上流で測定された絶対圧力及び狭窄部の上流で測定された絶対温度で行われる。

【0112】

工程Ｅ１３では、水素の含有量Ｘ_H2が測定される。

【0113】

工程Ｅ１１からＥ１３は、任意の可能な順番で実行されてもよい。特に、Ｅ１２及びＥ１３は、同時に実行されてもよい。

【0114】

工程Ｅ１４では、ウォッベ指数ＩＷ_GN/H2は、以下に記述された経験的なアフィン関係によって推定される。

【0115】

【数15】

【0116】

【数16】

【0117】

Ｑ_mes,2は、測定された燃料ガスの質量流量である。Ｐ_mesは、測定された燃料ガスの絶対圧力である。Ｔ_mesは、測定された燃料ガスの絶対温度である。Ｑ_refは、測定された基準ガスの質量流量である。Ｐ_refは、測定された基準ガスの絶対圧力である。Ｔ_refは、測定された基準ガスの絶対温度である。Ｄ，Ｅ，及びＦは、燃料ガスのグループに関する所定の係数であり、それぞれ、係数α，β，及びγに対応する。

【0118】

工程Ｅ１１及びＥ１２を実行するために、形状が知られているオリフィス又はマイクロノズルなどの流体狭窄部が使用される。

【0119】

流体狭窄部のいずれかの側で、次の測定が行われる。流体狭窄部の上流で絶対温度及び絶対圧力が測定される。流体狭窄部の下流で質量流量が測定される（例えば、熱式質量流量計を用いて）。

【0120】

具体的に、それは、装置を通るＱ_vnで記述される標準体積流量を２つの異なる方法で測定することに対応する。

【0121】

特に、流れが音速であるため、以下が適用される。

【0122】

【数17】

【0123】

ｋは、オリフィスの形状の特徴によって定まる定数である。ｐ及びＴは、オリフィスの上流におけるガスの絶対圧力及び絶対温度である。ｄは、ガスの密度である。

【0124】

さらに、熱式質量流量計を使用することによって、以下が得られる。

【0125】

【数18】

【0126】

Ｑ_vn,mes,2は、工程Ｅ１２で、熱式質量流量計によって測定された測定値である。Ｃは、空気の特性と比較されたガスの物理特性（例えば、その比熱容量、その粘度、その熱伝導率）の差を考慮した補正係数である。

【0127】

既知の組成のガスに対して、以下が適用される。

【0128】

【数19】

【0129】

Ｘ_iは、成分ｉの体積分率である。Ｃ_iは、成分ｉに関する補正係数である。この係数は、熱式質量流量計に関連付けられたテーブルから読み取られうる。

【0130】

校正工程Ｅ１１は、正確に知られている組成の基準ガス（好ましくは、純粋なメタン）を装置に供給する工程である。

【0131】

工程Ｅ１１の校正手順で得られた値を使用する２つの流量の関係の間の方程式は、したがって、次のように記述されうる。

【0132】

【数20】

【0133】

そして、燃料ガスの測定が行われる工程Ｅ１２の測定手順において、以下が適用される。

【0134】

【数21】

【0135】

Ｅ１４での測定を用いて、水素の含有量Ｘ_H2（例えば、体積値で）も判明する。

【0136】

上記の方程式において、唯一判明していない２つのパラメータは、Ｃ及び密度ｄであることに留意するべきである。したがって、Ｃ及び密度ｄに関連付けられた変数Ｙを表すために、パラメータｋを除くことが可能である。

【0137】

具体的に、以下が適用される。

【0138】

【数22】

【0139】

Ｙは、燃料ガスの物理特性を表す変数である。測定値からＹを書き換えることが可能である。これらの測定値（Ｑ_mes,2，ｐ，及びＴ）は、測定された流動特性Ｕ₁に関してＵ_mes,1と記述され、測定された流動特性Ｕ₂に関してＵ_mes,2と記述され、及び、測定された流動特性Ｕ₃に関してＵ_mes,3と記述されうる。したがって、以下が与えられる。

【0140】

【数23】

【0141】

Ｕ_mes,1＝Ｐ_mes、
Ｕ_mes,2＝Ｑ_mes,2、及び、
Ｕ_mes,3＝Ｔ_mesである。

【0142】

最終的に、以下が適用される。

【0143】

【数24】

【0144】

変数Ｙのこの定義は、その変数Ｙを有する経験的なアフィン関係において使用されうる。そして、それは、以下の形式で記述される。

【0145】

【数25】

【0146】

Ｄ，Ｅ，及びＦは、燃料ガスのグループに関する所定の係数であり、それぞれ、図１及び２を参照して説明した係数α，β，及びγに対応する。

【0147】

係数Ｄ，Ｅ，及びＦは、既知のガスの組成、例えば、国又は地域のネットワークにおける天然ガスの組成から得られうる。一例として、ヨーロッパで流通し、当業者によく知られている高い発熱量を有するガスに関する既知の組成を使用することが可能である。

【0148】

これらの既知の組成から、様々な化合物のモル分率に関する限定値を規定することが可能である。例えば、ガス中の化学種Ｋのモル分率に関する表記Ｘ_Kを使用することによって、以下の種類の既知の組成を持つことが可能である。

【0149】

【数26】

【0150】

今日のガス組成には、水素がないことに留意するべきである。

【0151】

これらの考えうる範囲は、ウォッベ指数（又は高位発熱量でさえ）を決定することが可能であるガスの組成を、ランダムに生成させることを可能にする。したがって、１０，０００種類のガスが生成されうる。

【0152】

ランダムに生成された各ガスに対して、０％から２０％のモル分率の範囲のランダムな量の水素を加えることが可能である。また、これらのランダムに生成されたガスに関して、ウォッベ指数を決定することが可能である。

【0153】

ランダムに生成された組成から、変数Ｙに関連する値を推定することも可能である。最小二乗法を適用することによって、係数Ｄ，Ｅ，及びＦに関する値を得ることが可能である。

【0154】

【数27】

【0155】

これらの結果は、基準ガスとしてメタンを使用することによって得られた。

【0156】

０％から２０％の範囲にある水素のモル分率に関して、ウォッベ指数の推定における誤差は、常に、１．４％未満であるとともに、誤差は、ランダムに得られた１０，０００種類のガスの９８％において、１％未満であることに留意するべきである。

【0157】

あるいは、係数が定数ではなく、モル分率としての水素の含有量に依存する相関関係を使用することが可能である。

【0158】

経験的なアフィン関係は次のように書き換えられてもよい。

【0159】

【数28】

【0160】

この例では、Ｄ及びＥは、水素の含有量の関数である（方程式は、Ｘ_H2に依存する２つの係数のみを示すように書き換えられている。それにもかかわらず、３つの係数を有する方程式を記述することが可能である）。

【0161】

同様に、ランダムなガス組成を生成することによって、本発明者らは、幅１％の水素の濃度範囲にわたる区分において一定である関数Ｄ及びＥを使用することが可能であることを見出した。

【0162】

例えば、２％から３％の水素の範囲で、Ｄ及びＥは次の値をとる。

【0163】

【数29】

【0164】

ウォッベ指数の推定における誤差は、したがって、１０，０００種類のランダムガスの９５％について、常に１％未満であることに留意するべきである。

【0165】

図４は、図３を参照して説明された方法を実施できる、ウォッベ指数を推定するための装置を示す。

【0166】

この装置１０は、燃料ガスＧ１を受け入れるための入口１１、及び、基準ガスＧ２（典型的にはメタン）を受け入れるための入口１２を有する。

【0167】

装置１０は、また、燃料ガスの流れ又は基準ガスの流れを管の入口１３に導くためのセレクタ及び案内モジュールを有する。具体的には、セレクタ及び案内モジュールは、弁３１及び弁３５を含む。

【0168】

弁３１及び３５は、燃料ガス又は基準ガスのいずれかが管に流入するように、各端子５２及び５１を介してモジュール３６によって制御される。

【0169】

この例では、管は、その入口１３から始まって上流から下流へ：
・端子４１を介してモジュール３６に接続された絶対圧力センサ６０、
・端子４２を介してモジュール３６に接続された絶対温度センサ５０、
・流体狭窄部３２（例えば、オリフィス又はマイクロノズル）、
・端子４３を介してモジュール３６に接続された熱式質量流量センサ３３、及び、
・端子４４を介してモジュール３６に接続された、水素のモル分率を計測するためのセンサ３４、
を備えている。

【0170】

モジュール３６は、端子４１から４４で受信した信号からウォッベ指数を推定するために、上記したような経験的なアフィン関係を適用しうる。

【0171】

示された例では、モジュール３６は、２つの出力端子５４及び５３を介して外部モジュール３７、例えば、調節を実施するためのアクチュエータ、又はディスプレイと通信する。図示しない変形例では、モジュール３７は、装置１０に組み込まれている。

【0172】

図５及び６を参照して、燃料ガスの高位発熱量を推定する方法及び実施形態を説明する。

【0173】

図５は、燃料ガスの高位発熱量ＰＣＳ_GN/H2を推定する方法の工程を示す。

【0174】

工程Ｅ２２において、圧力降下を生じさせる装置を通る層流において、燃料ガスの質量流量が測定される。この測定は、燃料ガスの粘度及び基準ガスの粘度に依存する。

【0175】

工程Ｅ２３において、圧力降下を生じさせる装置の下流で、燃料ガスの質量流量が熱式質量流量計を用いて測定される。測定は、燃料ガスの比熱容量及び基準ガスの熱容量に依存する。

【0176】

工程Ｅ２２及びＥ２３を実行する前又は後に実行されうる工程Ｅ２１では、工程Ｅ２２及びＥ２３を実行することに対応する校正工程が実行される。ただし、校正工程は、基準ガス（例えば、メタン）を用いて実行される。

【0177】

工程２４もまた、モル分率として水素の含有量Ｘ_H2を測定するために実施される。

【0178】

最後に、工程Ｅ２５において、高位発熱量が、次の式を有する経験的なアフィン関係を用いて推定される。

【0179】

【数30】

【0180】

【数31】

【0181】

Ｚは、図１を参照して説明した変数Ｙに対応する変数である。Ｑ_mes,1は、測定された圧力降下を生じさせる装置を通る層流の状態にある燃料ガスの質量流量である。Ｑ_mes,2は、圧力降下を生じさせる装置の下流で測定された燃料ガスの質量流量である。Ａ，Ｂ，及びＣは、燃料ガスのグループに関する所定の係数であり、それぞれ、係数α，β，及びγに対応する。

【0182】

高位発熱量（ＰＣＳ）に関する次の関係は、先行文献DE 4 118 781から知られている。

【0183】

【数32】

【0184】

α及びβは所定の係数である。ρは、燃料ガスの密度である。μは、燃料ガスの粘度である。Ｃ_pは、燃料ガスの熱容量である。

【0185】

次の無次元変数Ｚは、次のように定義されうる。

【0186】

【数33】

【0187】

ここで、下付きのＧＮは、燃料ガスを示し、ｒｅｆは基準ガスを示す。

【0188】

高位発熱量に関する関係は、次のように書き換えることができる。

【0189】

【数34】

【0190】

Ｚを測定するために、２つの流量の測定が使用される。一例として、Ｑ_mes,1は、測定された圧力降下を生じさせる装置を通る層流の状態にある燃料ガスの質量流量である。ポアズイユの法則を使用することによって、この装置では、層流要素を通って、ガスの流れの圧力を降下させることが知られている。

【0191】

測定は、粘度に依存するので、特定の測定装置に関し、それは上流と下流との圧力差ΔＰ_mesに依存する形式を持ち、Ｑ_mes,1を送信する流量計は、次式を用いて体積流量を決定しうる。

【0192】

【数35】

【0193】

ここで、Ｋ₁は、幾何学的定数である。

【0194】

この例では、圧力センサ及び温度プローブが流量計に組み込まれており、それらによれば、以下のように、質量流量Ｑ_mes,1（又は通常の温度及び圧力の条件に換算された体積流量）を直接得ることができる。

【0195】

【数36】

【0196】

修正された体積流量Ｑ_mes,1の測定は、燃料ガスの粘度に依存する。

【0197】

流量Ｑ_mes,2は、熱式質量流量計を使用して測定される。質量流量Ｑ_mes,2の測定は、燃料ガスの比熱容量に依存する。

【0198】

この方法では、質量流量の２つの推定が得られ、各推定は、実際の通常の体積流量（Ｑ_vn）に対するそれぞれの誤差を示す。以下が適用される。

【0199】

【数37】

【0200】

Ｑ_mes,1について、誤差は、混合ガスの実際の粘度と、基準ガス（この例ではメタン）の粘度との差に関連する。

【0201】

Ｑ_mes,2について、誤差は、混合ガスの実際の比熱容量を密度に乗じた値と、基準ガス（この例ではメタン）の同量を密度に乗じた値との間の差に関連する。

【0202】

２つの測定された流量の比率をとることによって、変数Ｚが決定され、文献DE 4 118 781の相関関係は次のようになる。

【0203】

【数38】

【0204】

Ｕ_mes,1＝Ｑ_mes,1、及び
Ｕ_mes,2＝Ｑ_mes,2で記述される。

【0205】

以下が適用される。

【0206】

【数39】

【0207】

それにもかかわらず、本発明者らは、水素が燃料ガス中に存在すると、この関係は適用できないことを見出した。具体的には、測定誤差が非常に大きくなる。水素は、アルカンのようなガスの特性とは大きく異なる特性（粘度、比熱容量）を有する。

【0208】

その欠点を軽減するために、測定された水素の含有量Ｘ_H2が使用され、以下の方程式が提案される。

【0209】

【数40】

【0210】

Ａ，Ｂ，及びＣは、燃料ガスのグループに関する所定の係数であり、それぞれ、図１及び２を参照して説明した係数α，β，及びγに対応する。

【0211】

係数Ａ，Ｂ，及びＣは、既知のガスの組成、例えば、国又は地域のネットワークにおける天然ガスの組成から得られうる。一例として、ヨーロッパで流通し、当業者によく知られている高い発熱量を有するガスに関する既知の組成を使用することが可能である。

【0212】

【0213】

【数41】

【0214】

今日のガス組成には、水素がないことに留意するべきである。

【0215】

これらの考えうる範囲は、高位発熱量を決定することが可能であるガスの組成を、ランダムに生成させることを可能にする。したがって、１０，０００種類のガスが生成されうる。

【0216】

ランダムに生成された各ガスに対して、０％から２０％のモル分率の範囲のランダムな量の水素を加えることが可能である。ここでも同様に、これらのランダムに生成されたガスの高位発熱量を決定することが可能である。

【0217】

ランダムに生成された組成から、変数Ｚに関連する値を推定することも可能である。最小二乗法を適用することによって、係数Ａ，Ｂ，及びＣに関する値を得ることが可能である。

【0218】

【数42】

【0219】

あるいは、係数が定数ではなく、モル分率としての水素の含有量に依存する相関関係を使用することが可能である。

【0220】

経験的なアフィン関係は次のように書き換えられてもよい。

【0221】

【数43】

【0222】

この例では、Ａ及びＢは、水素の含有量の関数である（方程式は、Ｘ_H2に依存する２つの係数のみを示すように書き換えられている。それにもかかわらず、３つの係数を有する等式を記述することが可能である）。

【0223】

同様に、ランダムなガス組成を生成することによって、本発明者らは、幅１％の水素の濃度範囲にわたる区分において一定である関数Ａ及びＢを使用することが可能であることを見出した。

【0224】

例えば、１９％から２０％の水素の範囲で、Ａ及びＢは次の値をとる。

【0225】

【数44】

【0226】

図６は、図５を参照して説明された方法を実施するのに適している、高位発熱量を推定するための装置を示す。

【0227】

この装置１００は、燃料ガスＧ１を受け入れるための入口１１１、及び、基準ガスＧ２（典型的にはメタン）を受け入れるための入口１１２を有する。

【0228】

装置１００は、また、燃料ガスの流れ又は基準ガスの流れを管の入口１１３に導くためのセレクタ及び案内モジュールを有する。具体的には、セレクタ及び案内モジュールは、弁１３１及び弁１３５を含む。

【0229】

弁１３１及び１３５は、燃料ガス又は基準ガスのいずれかが管に流入するように、各端子１５２及び１５１を介してモジュール１３６によって制御される。

【0230】

この例では、管は、その入口１１３から始まって上流から下流へ：
・圧力降下を生じさせる装置を通る層流において質量流量を計測するためのセンサ１３２であって、測定は、燃料ガスの粘度及び基準ガスの粘度に依存し、端子１４２を介してモジュール１３６に接続されているセンサ１３２、
・熱式質量流量を計測するためのセンサ１３３であって、測定は、測定ガスの比熱容量及び基準ガスの比熱容量に依存し、端子１４３を介してモジュール１３６に接続されているセンサ１３３、及び、
・水素のモル分率を計測し、端子１４４を介してモジュール１３６に接続されたセンサ１３４、
を備えている。

【0231】

モジュール１３６は、端子１４２から１４４で受信した信号から高位発熱量を推定するために、上記したような経験的なアフィン関係を適用しうる。

【0232】

示された例では、モジュール１３６は、２つの出力端子１５４及び１５３を介して外部モジュール１３７、例えば、調節を実施するためのアクチュエータ、又はディスプレイと通信する。図示しない変形例では、モジュール１３７は、装置１００に組み込まれている。

【0233】

図７は、２つの経験的なアフィン関係を用いて高位発熱量及びウォッベ指数を同時に決定できる装置の例を示す。

【0234】

この装置は、圧縮ガスのための２つの入口を有する。第１の入口１０１１は、ガスのグループ（例えば、フランスの規格ＮＦＥＮ４３７に準拠した第２のグループにおける燃料ガス）に属しており、かつ水素を含んでいる燃料ガスＧ１を受け入れるための入口である。装置１０００は、校正段階で使用される基準ガスＧ０のための別の入口１０１２を有する。

【0235】

装置１０００は、また、燃料ガスＧ１の流れ又は基準ガスＧ０の流れを管の入口１０１３に導くためのセレクタ及び案内モジュールを有する。セレクタ及び案内モジュールは、弁１０３１及び弁１０３５を含む。

【0236】

弁１０３１及び１０３５は、燃料ガス又は基準ガスのいずれかが管に流入するように、各端子１０５２及び１０５１を介してモジュール１０３６によって制御される。

【0237】

管の入口１０１３から始まって、上流から下流へ、装置は以下を備える。
・端子１０４１を介してモジュール１０３６に接続された絶対圧力センサ１００６。このセンサは、燃料ガスについて測定された値Ｐ_mes及び基準ガスについて測定された値Ｐ_refを送信する。
・端子１０４２を介してモジュール１０３６に接続された絶対温度センサ１００５。このセンサは、燃料ガスについて測定された値Ｔ_mes及び基準ガスについて測定された値Ｔ_refを送信する。
・流体狭窄部１０３２（例えば、オリフィス又はマイクロノズル）。
・端子１０４３を介してモジュール１０３６に接続され、圧力降下を生じさせる装置を通る層流における質量流量を計測するためのセンサ。このセンサは、値Ｑ_mes,1を送信する。
・端子１０４６を介してモジュール１０３６に接続された熱式質量流量センサ１０３３。このセンサは、燃料ガスについて測定された値Ｑ_mes,2及び基準ガスについて測定された値Ｑ_refを送信する。
・水素のモル分率を計測し、端子１０４７を介してモジュール３６に接続されたセンサ１０３４。
・排出口１０３９。

【0238】

この例では、モジュール１０３６は、次の２つの変数を計算しうる。

【0239】

【数45】