本發(fā)明涉及甲烷值計(jì)算方法及甲烷值測(cè)定裝置。

背景技術(shù)：

近年來，出于抑制氮氧化物(nox)的排出量、降低co2排出量等的目的，利用天然氣作為燃料的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)、導(dǎo)入正在發(fā)展。

作為利用了天然氣的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)用化所涉及的課題，可列舉出天然氣的組成根據(jù)產(chǎn)出地的不同而不同這點(diǎn)、在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)或負(fù)載變動(dòng)時(shí)通過產(chǎn)生燃料氣體的消耗量的變動(dòng)而燃料氣體的組成發(fā)生變化這點(diǎn)等。若燃料氣體的組成發(fā)生改變，則燃料氣體的熱量、甲烷值等特性發(fā)生變化，可以成為引起發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震、失火等異常燃燒的原因。這里，所謂甲烷值是表示與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的辛烷值對(duì)應(yīng)的相對(duì)于爆震的抵抗值的指標(biāo)，是將純甲烷設(shè)為100、將氫設(shè)為0而評(píng)價(jià)的指標(biāo)。

認(rèn)為為了避免這樣的異常燃燒，實(shí)時(shí)捕捉燃料氣體的熱量、甲烷值等燃料性狀、并基于該數(shù)據(jù)進(jìn)行燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒控制是有效的手段。

例如，作為測(cè)定天然氣等燃料氣體的熱量的方法，例如由本件申請(qǐng)人提出了測(cè)定與熱量具有特定的對(duì)應(yīng)關(guān)系的物性值并基于測(cè)定值求出熱量的值(換算熱量)的方法等(例如參照專利文獻(xiàn)1。)。

另一方面，作為計(jì)算燃料氣體的甲烷值的方法，主要利用如下這4種：

(a)avl公司提出的方式(以下，也稱為“avl基準(zhǔn)”。)、

(b)通過由加利福尼亞州大氣資源評(píng)議會(huì)規(guī)定的特定的演算式而計(jì)算的方式(以下，也稱為“carb基準(zhǔn)”。)、

(c)通過依據(jù)iso/tr223023.1.1的方法而計(jì)算的方式(以下，也稱為“gri(lc)基準(zhǔn)”。)、

(d)通過依據(jù)iso/tr223023.1.2的方法而計(jì)算的方式(以下，也稱為“gri(h/c)基準(zhǔn)”。)

這里，即使是同一燃料氣體，甲烷值也會(huì)根據(jù)計(jì)算方法而顯示不同的值，例如在每個(gè)地域都要求由不同的基準(zhǔn)得到的甲烷值。

然而，由于所有方法均是基于氣體組成而計(jì)算甲烷值的方法，所以在如上述那樣產(chǎn)生氣體組成的變動(dòng)的情況下，在甲烷值的計(jì)算時(shí)變得需要測(cè)定氣體組成。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2009-42216號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問題

而且，在天然氣中，不僅包含鏈烷烴系烴氣體等燃燒性氣體成分，通常還包含氮?dú)饣蚨趸細(xì)怏w等不燃?xì)怏w成分。由于由這些不燃?xì)怏w成分產(chǎn)生的對(duì)發(fā)熱量的影響的程度沒有規(guī)律性，所以在天然氣的發(fā)熱量(真的熱量)與甲烷值的值之間，不成立特定的相關(guān)關(guān)系。此外，由于無法將天然氣中包含的氮?dú)馀c二氧化碳?xì)怏w的濃度比率定量化，所以不可避免地產(chǎn)生起因于包含這些雜氣成分而導(dǎo)致的演算誤差。

然而，本發(fā)明人們反復(fù)進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在天然氣中包含的氮?dú)鉂舛扰c起因于該氮?dú)鉂舛鹊募淄橹档淖儎?dòng)量(誤差)之間成立特定的相關(guān)關(guān)系，以及在天然氣中包含的二氧化碳?xì)怏w濃度與起因于該二氧化碳?xì)怏w濃度的甲烷值的變動(dòng)量(誤差)之間成立特定的相關(guān)關(guān)系。并且，通過進(jìn)行與氮?dú)鉂舛燃岸趸細(xì)怏w各自的濃度相應(yīng)的修正，從而在天然氣的基礎(chǔ)熱量的值與例如通過上述的avl基準(zhǔn)而計(jì)算的甲烷值的值之間成立特定的相關(guān)關(guān)系，通過測(cè)定作為測(cè)定對(duì)象氣體的天然氣的基礎(chǔ)熱量，能夠得到與該avl基準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的甲烷值的近似解。這里，所謂“基礎(chǔ)熱量”是指從天然氣中除去不燃?xì)怏w成分時(shí)的燃燒性氣體成分的燃燒熱量。

本發(fā)明是基于以上那樣的情況而進(jìn)行的，目的是提供對(duì)于作為測(cè)定對(duì)象氣體的天然氣而言，不論氣體組成如何均能夠容易地得到具有大致的可靠性的甲烷值的甲烷值計(jì)算方法。

此外，本發(fā)明的目的是提供對(duì)于作為測(cè)定對(duì)象氣體的天然氣而言，不論氣體組成如何均能夠容易地得到具有大致的可靠性的甲烷值、能夠進(jìn)行作為燃料氣體利用的天然氣的燃料性狀的監(jiān)視的甲烷值測(cè)定裝置。

用于解決問題的手段

本發(fā)明的甲烷值計(jì)算方法的特征在于，分別預(yù)先取得關(guān)于包含天然氣的甲烷值的值互不相同的多種基準(zhǔn)氣體的甲烷值與基礎(chǔ)熱量的特定的關(guān)系式，

測(cè)定作為測(cè)定對(duì)象氣體的天然氣的基礎(chǔ)熱量，并且測(cè)定該測(cè)定對(duì)象氣體中包含的氮?dú)鉂舛燃岸趸細(xì)怏w濃度，

由該測(cè)定對(duì)象氣體的基礎(chǔ)熱量的值、該氮?dú)獾臐舛戎导霸摱趸細(xì)怏w的濃度值和上述特定的關(guān)系式計(jì)算該測(cè)定對(duì)象氣體的甲烷值。

在本發(fā)明的甲烷值計(jì)算方法中，作為上述特定的關(guān)系式，使用下述式(1)所表示的關(guān)系式。

式(1)

mn＝f(q′)+a

其中，式(1)中，mn為甲烷值，f(q′)為根據(jù)測(cè)定對(duì)象氣體的基礎(chǔ)熱量q′〔mj/m³〕的值而選擇的下述式(a)～下述式(d)所表示的任一函數(shù)，a為從-2.0～2.0的范圍選擇的值。

式(a)

式(b)

式(c)

式(d)

其中，式(a)～式(d)中，xn2為以體積百分率表示的測(cè)定對(duì)象氣體中包含的氮?dú)獾臐舛取瞯ol％〕，xco2為以體積百分率表示的測(cè)定對(duì)象氣體中包含的二氧化碳?xì)怏w的濃度〔vol％〕。

此外，在本發(fā)明的甲烷值計(jì)算方法中，上述測(cè)定對(duì)象氣體的基礎(chǔ)熱量優(yōu)選為基于由該測(cè)定對(duì)象氣體的折射率得到的折射率換算熱量和由該測(cè)定對(duì)象氣體的聲速得到的聲速換算熱量而得到的值。

進(jìn)而，在本發(fā)明的甲烷值計(jì)算方法中，上述測(cè)定對(duì)象氣體中包含的二氧化碳?xì)怏w的濃度優(yōu)選通過紅外線吸收法而測(cè)定。

本發(fā)明的甲烷值測(cè)定裝置的特征在于，其具備：

熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)，其測(cè)定作為測(cè)定對(duì)象氣體的天然氣的基礎(chǔ)熱量，

二氧化碳濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)，其測(cè)定該測(cè)定對(duì)象氣體中包含的二氧化碳?xì)怏w濃度，

氮濃度計(jì)算機(jī)構(gòu)，其計(jì)算該測(cè)定對(duì)象氣體中包含的氮?dú)鉂舛龋?/p>

甲烷值計(jì)算機(jī)構(gòu)，其由預(yù)先取得的關(guān)于甲烷值的值分別不同的包含天然氣的多種基準(zhǔn)氣體的甲烷值與基礎(chǔ)熱量的特定的關(guān)系式、和通過上述熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)而測(cè)定的該測(cè)定對(duì)象氣體的基礎(chǔ)熱量的值、通過上述二氧化碳濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)而測(cè)定的二氧化碳?xì)怏w濃度的值及通過上述氮濃度計(jì)算機(jī)構(gòu)而測(cè)定的氮?dú)鉂舛鹊闹?，?jì)算該測(cè)定對(duì)象氣體的甲烷值。

在本發(fā)明的甲烷值測(cè)定裝置中，上述特定的關(guān)系式優(yōu)選為上述式(1)所表示的關(guān)系式。

此外，在本發(fā)明的甲烷值測(cè)定裝置中，上述熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)優(yōu)選制成具備由測(cè)定對(duì)象氣體的折射率的值求出折射率換算熱量的折射率換算熱量測(cè)定單元、由該測(cè)定對(duì)象氣體的聲速的值求出聲速換算熱量的聲速換算熱量測(cè)定單元、和基于折射率換算熱量和聲速換算熱量計(jì)算該測(cè)定對(duì)象氣體的基礎(chǔ)熱量的熱量計(jì)算單元的構(gòu)成。

進(jìn)而，在本發(fā)明的甲烷值測(cè)定裝置中，上述二氧化碳濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)優(yōu)選為具備紅外式傳感器的測(cè)定機(jī)構(gòu)。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的甲烷值計(jì)算方法，通過利用預(yù)先取得的基礎(chǔ)熱量與甲烷值的特定的關(guān)系式，能夠基于該測(cè)定對(duì)象氣體基礎(chǔ)熱量的值而求出測(cè)定對(duì)象氣體的甲烷值。特定的關(guān)系式是對(duì)于甲烷值的值分別互不相同的包含天然氣的多種基準(zhǔn)氣體，考慮由天然氣中包含的氮?dú)饧岸趸細(xì)怏w等雜氣成分引起的對(duì)基礎(chǔ)熱量的影響，并通過由實(shí)驗(yàn)得到的證實(shí)定量性地闡明基礎(chǔ)熱量與甲烷值的相關(guān)關(guān)系的關(guān)系式。因此，所得到的甲烷值具有大致的可靠性。

根據(jù)實(shí)行上述的甲烷值計(jì)算方法的本發(fā)明的甲烷值測(cè)定裝置，由于通過利用熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)連續(xù)地測(cè)定測(cè)定對(duì)象氣體的基礎(chǔ)熱量，能夠連續(xù)地取得與實(shí)際的狀況一致的測(cè)定對(duì)象氣體的甲烷值，所以能夠進(jìn)行作為燃料氣體的天然氣的實(shí)際的燃料性狀的監(jiān)視。因此，在產(chǎn)生氣體組成的變動(dòng)的情況下，能夠快速地檢測(cè)伴隨氣體組成的變動(dòng)而產(chǎn)生的甲烷值的變動(dòng)。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的甲烷值測(cè)定裝置的一例中的構(gòu)成的概略的方框圖。

圖2是表示氮?dú)鉂舛扰c甲烷值(avl基準(zhǔn))的關(guān)系的圖。

具體實(shí)施方式

以下，對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1是表示本發(fā)明的甲烷值測(cè)定裝置的一例中的構(gòu)成的概略的方框圖。

該甲烷值測(cè)定裝置以天然氣作為測(cè)定對(duì)象氣體，用于測(cè)定測(cè)定對(duì)象氣體的熱量的熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)20、計(jì)算該測(cè)定對(duì)象氣體的甲烷值的甲烷值計(jì)算機(jī)構(gòu)40、和顯示測(cè)定對(duì)象氣體的熱量及甲烷值等信息的顯示機(jī)構(gòu)45被配設(shè)在例如外包裝容器10內(nèi)而構(gòu)成。

熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)20例如具備：用于得到由作為測(cè)定對(duì)象氣體的天然氣的折射率的值求出的折射率換算熱量qo的折射率換算熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)21、用于得到由該測(cè)定對(duì)象氣體的聲速的值求出的聲速換算熱量qs的聲速換算熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)25、測(cè)定該測(cè)定對(duì)象氣體中包含的二氧化碳?xì)怏w的濃度xco2的二氧化碳濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)50、計(jì)算該測(cè)定對(duì)象氣體中包含的氮?dú)獾臐舛葂n2的氮濃度計(jì)算機(jī)構(gòu)30、和計(jì)算該測(cè)定對(duì)象氣體的熱量qos的值及基礎(chǔ)熱量q′的值的熱量計(jì)算機(jī)構(gòu)35。

折射率換算熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)21具備：測(cè)定測(cè)定對(duì)象氣體的折射率的折射率測(cè)定單元22、和具有基于通過折射率測(cè)定單元22測(cè)定的折射率的值求出折射率換算熱量qo的功能的折射率-熱量換算處理單元23。

折射率-熱量換算處理單元23對(duì)于在作為測(cè)定對(duì)象氣體的天然氣中不包含不燃?xì)怏w成分(例如n2、co2等)而僅由燃燒性氣體成分(鏈烷烴系烴氣體)組成的特定氣體，例如利用通過進(jìn)行圖表化等而預(yù)先取得的折射率與熱量的相關(guān)關(guān)系，對(duì)于該相關(guān)關(guān)系，通過假定關(guān)于測(cè)定對(duì)象氣體得到的折射率的值為特定氣體的折射率并進(jìn)行對(duì)照而計(jì)算折射率換算熱量qo。

聲速換算熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)25具備：測(cè)定測(cè)定對(duì)象氣體中的聲波的傳播速度(測(cè)定對(duì)象氣體的聲速)的聲速測(cè)定單元26、和具有基于通過聲速測(cè)定單元26測(cè)定的聲速的值求出聲速換算熱量qs的值的功能的聲速-熱量換算處理單元27。

聲速-熱量換算處理單元27對(duì)于在作為測(cè)定對(duì)象氣體的天然氣中不包含不燃?xì)怏w成分(例如n2、co2等)而僅由燃燒性氣體成分(鏈烷烴系烴氣體)組成的特定氣體，例如利用通過進(jìn)行圖表化等而預(yù)先取得的聲速與熱量的相關(guān)關(guān)系，對(duì)于該相關(guān)關(guān)系，通過假定關(guān)于測(cè)定對(duì)象氣體得到的聲速的值為特定氣體的聲速并進(jìn)行對(duì)照而計(jì)算聲速換算熱量qs。

二氧化碳濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)50具備測(cè)定作為測(cè)定對(duì)象氣體的天然氣中包含的二氧化碳?xì)怏w的濃度xco2的二氧化碳濃度測(cè)定單元51。

作為二氧化碳濃度測(cè)定單元51，沒有特別限定，例如優(yōu)選通過具備根據(jù)因紅外線被作為探測(cè)對(duì)象氣體的二氧化碳?xì)怏w吸收而產(chǎn)生的紅外線光量的衰減的程度來檢測(cè)二氧化碳?xì)怏w的濃度xco2的紅外式傳感器的測(cè)定單元而構(gòu)成。作為二氧化碳濃度測(cè)定單元51，通過使用利用了所謂的非分散型紅外線吸收法的測(cè)定單元，能夠盡可能地減小測(cè)定對(duì)象氣體中包含的其他雜氣的影響，能夠以高精度檢測(cè)二氧化碳?xì)怏w的濃度xco2。

氮濃度計(jì)算機(jī)構(gòu)30基于通過折射率換算熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)21得到的折射率換算熱量qo的值、通過聲速換算熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)25得到的聲速換算熱量qs的值、和通過二氧化碳濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)50得到的二氧化碳?xì)怏w的濃度xco2的值，通過下述式(2)，以使用在1.1～4.2的范圍內(nèi)、優(yōu)選2.00～2.60的范圍內(nèi)選擇的值作為修正因子α的條件，計(jì)算作為測(cè)定對(duì)象氣體的天然氣中包含的氮?dú)獾臐舛葂n2。修正因子α的值例如可以對(duì)于測(cè)定對(duì)象氣體中包含的各雜氣成分(例如氮?dú)饧岸趸細(xì)怏w等)，實(shí)際地測(cè)定折射率換算熱量qo及聲速換算熱量qs，基于所得到的折射率換算熱量qo及聲速換算熱量qs的通過例如使用了氣相色譜法的分析而得到的相對(duì)于熱量的誤差的比進(jìn)行設(shè)定。這里，修正因子α的值根據(jù)測(cè)定對(duì)象氣體中包含的雜氣成分的種類而采取不同的值，但通過為從上述數(shù)值范圍內(nèi)選擇的值，能夠適當(dāng)?shù)匦拚凵渎蕮Q算熱量qo及聲速換算熱量qs中產(chǎn)生的測(cè)定誤差。

式(2)

上述式(2)中的xn2為以體積百分率表示的氮?dú)獾臐舛取瞯ol％〕。kn2為關(guān)于氮?dú)獾恼`差系數(shù)，表示作為雜氣成分的n2對(duì)折射率測(cè)定單元22造成的誤差的影響的大小。kco2為關(guān)于二氧化碳?xì)怏w的誤差系數(shù)，表示作為雜氣成分的co2對(duì)折射率測(cè)定單元22造成的誤差的影響的大小。被供于計(jì)算的折射率換算熱量qo的值及聲速換算熱量qs的值的單位為〔mj/nm³〕。二氧化碳?xì)怏w的濃度xco2的值的單位為〔vol％〕。

關(guān)于氮?dú)獾恼`差系數(shù)kn2為在例如20.00～30.00的范圍內(nèi)選擇的值。此外，關(guān)于二氧化碳?xì)怏w的誤差系數(shù)kco2例如為在35.00～45.00的范圍內(nèi)選擇的值。通過關(guān)于氮?dú)獾恼`差系數(shù)kn2及關(guān)于二氧化碳?xì)怏w的誤差系數(shù)kco2為在上述數(shù)值范圍內(nèi)選擇的值，能夠適當(dāng)?shù)匦拚凵渎蕮Q算熱量qo中產(chǎn)生的測(cè)定誤差。

具體而言，關(guān)于氮?dú)獾恼`差系數(shù)kn2的值例如可以對(duì)于氮?dú)?100vol％)實(shí)際通過折射率換算熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)21測(cè)定折射率換算熱量qo，并基于所得到的值而進(jìn)行設(shè)定。此外，對(duì)于關(guān)于二氧化碳?xì)怏w的誤差系數(shù)kco2的值也同樣地，例如可以對(duì)于二氧化碳?xì)怏w(100vol％)實(shí)際通過折射率換算熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)21測(cè)定折射率換算熱量qo，并基于所得到的值而進(jìn)行設(shè)定。

熱量計(jì)算機(jī)構(gòu)35基于通過折射率換算熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)21而得到的折射率換算熱量qo的值、和通過聲速換算熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)25而得到的聲速換算熱量qs的值，計(jì)算作為測(cè)定對(duì)象氣體的天然氣的熱量qos的值。具體而言，在折射率換算熱量qo為聲速換算熱量qs以下的大小的情況(qo≤qs)下，通過下述式(3)，以使用在1.1～4.2的范圍內(nèi)、優(yōu)選2.00～2.60的范圍內(nèi)選擇的值作為修正因子α的條件，計(jì)算熱量qos的值。另一方面，在折射率換算熱量qo的值大于聲速換算熱量qs的值的情況(qo>qs)下，作為熱量qos的值，使用折射率換算熱量qo的值。

式(3)

此外，熱量計(jì)算機(jī)構(gòu)35基于這樣操作而得到的熱量qos的值、通過二氧化碳濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)50得到的二氧化碳?xì)怏w的濃度xco2的值、和通過氮濃度計(jì)算機(jī)構(gòu)30而得到的氮?dú)獾臐舛葂n2的值，通過下述式(4)，計(jì)算基礎(chǔ)熱量q′的值〔mj/nm³〕。

式(4)

甲烷值計(jì)算機(jī)構(gòu)40計(jì)算作為測(cè)定對(duì)象氣體的天然氣的甲烷值mn、具體而言計(jì)算通過基于上述的avl基準(zhǔn)(基準(zhǔn)(a))的方法而得到的甲烷值的值的近似解。

甲烷值計(jì)算機(jī)構(gòu)40基于通過熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)20測(cè)定的測(cè)定對(duì)象氣體的基礎(chǔ)熱量q′的值，由預(yù)先取得的關(guān)于多種基準(zhǔn)氣體的通過基于avl基準(zhǔn)的方法而得到的甲烷值的值(avl值)與基礎(chǔ)熱量q′的值的特定的關(guān)系式，計(jì)算關(guān)于測(cè)定對(duì)象氣體即天然氣的作為avl值的近似解的甲烷值mn。多種基準(zhǔn)氣體是基于avl基準(zhǔn)的甲烷值mn的值分別不同的包含天然氣的氣體。

特定的關(guān)系式可以通過在以橫軸作為基礎(chǔ)熱量q′〔mj/nm³〕、以縱軸作為甲烷值(avl值)mn的坐標(biāo)系中，對(duì)于上述多種基準(zhǔn)氣體，各自取得表示基礎(chǔ)熱量q′的值與甲烷值mn的值的關(guān)系的實(shí)測(cè)值，將所得到的實(shí)測(cè)值例如以多項(xiàng)式進(jìn)行曲線近似而取得。具體而言，特定的關(guān)系式優(yōu)選為上述式(1)所表示的關(guān)系式。

上述式(1)中，mn為甲烷值、具體而言為avl值的近似解，f(q′)為根據(jù)測(cè)定對(duì)象氣體的基礎(chǔ)熱量q′的值而選擇的上述式(a)～上述式(d)所表示的任一函數(shù)。上述式(a)～式(d)中，xn2為以體積百分率表示的測(cè)定對(duì)象氣體中包含的氮?dú)獾臐舛取瞯ol％〕，xco2為以體積百分率表示的測(cè)定對(duì)象氣體中包含的二氧化碳?xì)怏w的濃度〔vol％〕。

上述式(1)中的a為從-2.0～2.0的范圍選擇的值。對(duì)于該a設(shè)定的數(shù)值范圍，表示以式(1)中設(shè)a＝0的式表示的成為基準(zhǔn)的甲烷值計(jì)算曲線自身的進(jìn)行與實(shí)際的lng氣化氣體的燃料性狀一致的修正的實(shí)用的容許范圍。若a的值為上述數(shù)值范圍內(nèi)，則如后述的實(shí)驗(yàn)例的結(jié)果中所示的那樣，計(jì)算的近似解的相對(duì)于avl值的誤差率成為5.0％以內(nèi)，可得到高的可靠度。

作為上述式(1)中的a的值的具體的設(shè)定方法，例如，能夠?qū)τ诮M成已知的基準(zhǔn)氣體測(cè)定甲烷值，將與理論值(avl值)的差設(shè)為“a”而進(jìn)行設(shè)定(偏移調(diào)整)。

上述式(a)～式(d)中的“0.32xn2”的項(xiàng)表示基于所測(cè)定的氮?dú)鉂舛葂n2的甲烷值的修正量。甲烷值的修正量是例如如圖2中所示的那樣，在以橫軸作為測(cè)定對(duì)象氣體中包含的氮?dú)獾囊泽w積百分率表示的濃度〔vol％〕、以縱軸作為甲烷值(avl值)的坐標(biāo)系中，對(duì)于甲烷值的值互不相同的多種基準(zhǔn)氣體，各自取得表示氮?dú)獾臐舛戎祒n2與avl值的關(guān)系的實(shí)測(cè)值，基于通過將所得到的實(shí)測(cè)值例如進(jìn)行線形近似而取得的近似直線而設(shè)定的值。如由圖2表明的那樣，可以理解關(guān)于各個(gè)基準(zhǔn)氣體的近似曲線彼此具有同一大小的斜率，該斜率的大小作為關(guān)于氮?dú)獾男拚禂?shù)“0.32”而設(shè)定。另外，圖2是使用ch4與c2h6、c3h8及n2的混合氣體且適當(dāng)變更了各氣體成分的濃度的氣體作為基準(zhǔn)氣體而得到的圖。

上述式(a)～式(d)中的“1.00xco2”的項(xiàng)表示基于所測(cè)定的二氧化碳?xì)怏w濃度xco2的甲烷值的修正量?；谠摱趸?xì)怏w的甲烷值的修正量是通過與上述基于氮?dú)獾募淄橹档男拚客瑯拥姆椒ǘO(shè)定的。關(guān)于二氧化碳?xì)怏w，關(guān)于各個(gè)基準(zhǔn)氣體的近似曲線也彼此具有同一大小的斜率，該斜率的大小作為關(guān)于二氧化碳?xì)怏w的修正系數(shù)“1.00”而設(shè)定。

以上，在作為測(cè)定對(duì)象氣體的天然氣中，作為雜氣成分，例如有時(shí)包含氧氣。但是，由于天然氣中包含的氧氣極微量，所以關(guān)于氧氣，實(shí)質(zhì)上可以忽視對(duì)甲烷值的影響。

以上，圖1中的11為用于將測(cè)定對(duì)象氣體分別供給到折射率測(cè)定單元22、聲速測(cè)定單元26及二氧化碳濃度測(cè)定單元51的測(cè)定對(duì)象氣體導(dǎo)入部，12為用于在折射率測(cè)定單元22中導(dǎo)入在探測(cè)原理上所需要的參照氣體的參照氣體導(dǎo)入部，13為氣體排出部。此外，圖1中的雙點(diǎn)劃線表示氣體配管。

在上述的甲烷值測(cè)定裝置中，例如，介由適當(dāng)?shù)臍怏w采樣裝置與氣體管路進(jìn)行配管連接，在氣體管路內(nèi)流通的天然氣的一部分作為測(cè)定對(duì)象氣體由測(cè)定對(duì)象氣體導(dǎo)入部11被分別依次供給至聲速換算熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)25的聲速測(cè)定單元26及折射率換算熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)21的折射率測(cè)定單元22。此外，例如空氣等參照氣體由參照氣體導(dǎo)入部12被供給至折射率換算熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)21的折射率測(cè)定單元22。由此，在折射率換算熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)21中，天然氣的折射率通過折射率測(cè)定單元22而測(cè)定，基于該結(jié)果，折射率換算熱量qo通過折射率-熱量換算處理單元23而求出。此外，在聲速換算熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)25中，天然氣的聲速通過聲速測(cè)定單元26而測(cè)定，基于該結(jié)果，聲速換算熱量qs的值通過聲速-熱量換算處理單元27而求出。

另一方面，由測(cè)定對(duì)象氣體導(dǎo)入部11導(dǎo)入的天然氣的其他的全部被供給至二氧化碳濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)50的二氧化碳濃度測(cè)定單元51。由此，在二氧化碳濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)50中，天然氣中包含的二氧化碳?xì)怏w的濃度xco2〔vol％(體積百分率)〕通過二氧化碳濃度測(cè)定單元51而測(cè)定。

基于如以上那樣操作而得到的折射率換算熱量qo的值和聲速換算熱量qs的值，通過上述式(2)及上述式(3)，使用在特定的范圍內(nèi)選擇的值作為修正因子α，計(jì)算氮?dú)獾臐舛葂n2及熱量qos。然后，基于熱量qos的值、二氧化碳?xì)怏w的濃度xco2的值和氮?dú)鉂舛葂n2的值，通過上述式(4)，計(jì)算測(cè)定對(duì)象氣體的基礎(chǔ)熱量q′。

接著，通過甲烷值計(jì)算機(jī)構(gòu)40，基于根據(jù)通過熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)20得到的基礎(chǔ)熱量q′的值而選擇的上述特定的關(guān)系式(式(a)～式(d)中的任一函數(shù))，計(jì)算作為avl值的近似解的甲烷值mn，其結(jié)果被顯示于顯示機(jī)構(gòu)45中。

另外，測(cè)定對(duì)象氣體及參照氣體介由氣體排出部13被排出到裝置外部。

而且，根據(jù)上述的甲烷值計(jì)算方法，通過利用預(yù)先取得的基礎(chǔ)熱量q′與甲烷值mn的特定的關(guān)系式，基于測(cè)定對(duì)象氣體的基礎(chǔ)熱量q′可以求出測(cè)定對(duì)象氣體的甲烷值mn。特定的關(guān)系式是對(duì)于分別基于avl基準(zhǔn)的甲烷值的值(avl值)互不相同的包含天然氣的多種基準(zhǔn)氣體，考慮因包含氮?dú)饧岸趸細(xì)怏w而產(chǎn)生的影響，通過由實(shí)驗(yàn)得到的證實(shí)定量性地闡明基礎(chǔ)熱量的值與avl值的相關(guān)關(guān)系的關(guān)系式。因此，所得到的甲烷值mn變得具有大致的可靠性。

因此，根據(jù)實(shí)行這樣的甲烷值計(jì)算方法的上述構(gòu)成的甲烷值測(cè)定裝置，由于通過利用熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)20連續(xù)地測(cè)定測(cè)定對(duì)象氣體的基礎(chǔ)熱量q′，能夠連續(xù)地取得與實(shí)際的狀況一致的測(cè)定對(duì)象氣體的作為avl值的近似解的甲烷值mn，所以能夠進(jìn)行作為燃料氣體的天然氣的實(shí)際的燃料性狀的監(jiān)視。因此，在產(chǎn)生氣體組成的變動(dòng)的情況下，能夠迅速地檢測(cè)伴隨氣體組成的變動(dòng)而產(chǎn)生的甲烷值mn的變動(dòng)。

此外，在上述的甲烷值測(cè)定裝置中，由于熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)20及甲烷值計(jì)算機(jī)構(gòu)40被配設(shè)在外包裝容器10內(nèi)，所以測(cè)定系統(tǒng)的構(gòu)筑及操作變得簡(jiǎn)便。并且，在測(cè)定時(shí)，不需要相當(dāng)長的時(shí)間，并且由于在基礎(chǔ)熱量q′的計(jì)算處理與甲烷值mn的計(jì)算處理之間不會(huì)產(chǎn)生時(shí)滯，所以能夠?qū)崟r(shí)地測(cè)定甲烷值mn。

進(jìn)而，由于熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)20為基于折射率換算熱量qo及聲速換算熱量qs這2個(gè)換算熱量而計(jì)算測(cè)定對(duì)象氣體的熱量的構(gòu)成的測(cè)定機(jī)構(gòu)，所得到的熱量qos不論測(cè)定對(duì)象氣體的氣體組成如何均成為與該測(cè)定對(duì)象氣體的熱量的真值的差小的值，所以計(jì)算的甲烷值mn的值的可靠性進(jìn)一步變高。

以上，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不限定于上述的實(shí)施方式，可以加以各種變更。

本發(fā)明中，熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)并不限定于上述構(gòu)成的測(cè)定機(jī)構(gòu)，也可以使用具有基于導(dǎo)熱率換算熱量的值和折射率換算熱量的值而求出熱量的值的構(gòu)成的裝置。此外，也可以是測(cè)定與熱量具有特定的對(duì)應(yīng)關(guān)系的物性值之一、例如選自折射率、導(dǎo)熱率、聲速中的1個(gè)，并基于該測(cè)定值求出熱量的構(gòu)成的測(cè)定機(jī)構(gòu)。利用基于這樣操作而得到的測(cè)定對(duì)象氣體的熱量而計(jì)算的基礎(chǔ)熱量的值，對(duì)于基于各基準(zhǔn)的甲烷值的值也能夠得到規(guī)定的容許范圍內(nèi)的甲烷值。

以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)例進(jìn)行說明。

〔實(shí)驗(yàn)例1〕

準(zhǔn)備具有下述表1中所示的氣體組成的19種(a～s)的試樣氣體，使用圖1中所示的構(gòu)成的甲烷值測(cè)定裝置，測(cè)定各個(gè)試樣氣體a～s的甲烷值。在甲烷值的計(jì)算中，利用上述式(1)中設(shè)a＝0的特定的關(guān)系式。然后，在試樣氣體的基礎(chǔ)熱量q′的值為42.0〔mj/nm³〕以下的范圍的情況下，選擇上述式(a)，在基礎(chǔ)熱量q′的值大于42.0〔mj/nm³〕且為55.0〔mj/nm³〕以下的范圍的情況下，選擇上述式(b)，在基礎(chǔ)熱量q′的值大于55.0〔mj/nm³〕且為63.0〔mj/nm³〕以下的范圍的情況下，選擇上述式(c)，在基礎(chǔ)熱量q′的值為大于63.0〔mj/nm³〕的范圍的情況下，選擇上述式(d)。此外，將上述式(2)及式(3)中的修正因子α設(shè)定為2.24，將式(2)中的關(guān)于氮?dú)獾恼`差系數(shù)kn2設(shè)定為26.06，將關(guān)于二氧化碳?xì)怏w的誤差系數(shù)kco2設(shè)定為40.53。

然后，對(duì)于試樣氣體a～s，各自通過基于avl基準(zhǔn)的方法(avl公司制的甲烷值計(jì)算軟件)，計(jì)算將基于氣體組成計(jì)算的甲烷值設(shè)為真值時(shí)的基于基礎(chǔ)熱量計(jì)算的甲烷值的值(熱量換算值)相對(duì)于該真值的誤差。將結(jié)果示于下述表1中。誤差是通過由熱量換算值減去真值而得到的值。

表1

由以上的結(jié)果確認(rèn)，根據(jù)本發(fā)明所涉及的甲烷值計(jì)算方法，對(duì)于以鏈烷烴系烴氣體為主體、且包含作為雜氣成分的氮?dú)饧岸趸細(xì)怏w的試樣氣體，不論試樣氣體的組成如何，對(duì)于avl基準(zhǔn)所涉及的甲烷值均能夠得到一定的誤差范圍內(nèi)(±2.8以內(nèi))的值的甲烷值(近似解)。

這里，所測(cè)定的甲烷值若為avl基準(zhǔn)所涉及的甲烷值的例如±3.0的范圍程度的值，則在實(shí)際上沒有問題。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明由于能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)伴隨作為燃料氣體的天然氣的氣體組成的變動(dòng)而產(chǎn)生的甲烷值的變動(dòng)、熱量的變動(dòng)之類的燃料性狀的變動(dòng)，所以在進(jìn)行天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒控制時(shí)，可以期待變得極其有用。

符號(hào)的說明

10外包裝容器

11測(cè)定對(duì)象氣體導(dǎo)入部

12參照氣體導(dǎo)入部

13氣體排出部

20熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)

21折射率換算熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)

22折射率測(cè)定單元

23折射率-熱量換算處理單元

25聲速換算熱量測(cè)定機(jī)構(gòu)

26聲速測(cè)定單元

27聲速-熱量換算處理單元

30氮濃度計(jì)算機(jī)構(gòu)

35熱量計(jì)算機(jī)構(gòu)

40甲烷值計(jì)算機(jī)構(gòu)

45顯示機(jī)構(gòu)

50二氧化碳濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)

51二氧化碳濃度測(cè)定單元