発熱量算出式作成システム、発熱量算出式の作成方法、発熱量測定システム、及び発熱量の測定方法
【課題】ガスの発熱量を容易に測定可能な発熱量測定システムを提供する。
【解決手段】発熱量が未知の計測対象混合ガスのガス温度の値、及び発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの計測対象混合ガスの物性の値を計測する計測機構１０と、ガス温度及び複数の発熱温度に対する物性を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置４０２と、発熱量算出式のガス温度の独立変数及び複数の発熱温度に対する物性の独立変数に、計測対象混合ガスのガス温度の値及び複数の発熱温度に対する計測対象混合ガスの物性の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する発熱量算出モジュール３０５と、を備える、発熱量測定システムを提供する。
【解決手段】発熱量が未知の計測対象混合ガスのガス温度の値、及び発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの計測対象混合ガスの物性の値を計測する計測機構１０と、ガス温度及び複数の発熱温度に対する物性を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置４０２と、発熱量算出式のガス温度の独立変数及び複数の発熱温度に対する物性の独立変数に、計測対象混合ガスのガス温度の値及び複数の発熱温度に対する計測対象混合ガスの物性の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する発熱量算出モジュール３０５と、を備える、発熱量測定システムを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス検査技術に係り、発熱量算出式作成システム、発熱量算出式の作成方法、発熱量測定システム、及び発熱量の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、混合ガスの発熱量を求める際には、高価なガスクロマトグラフィ装置等を用いて混合ガスの成分を分析する必要がある。また、混合ガスの熱伝導率及び混合ガスにおける音速を測定することにより、混合ガスに含まれるメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び炭酸ガス（ＣＯ2）の成分比率を算出し、混合ガスの発熱量を求める方法も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００４−５１４１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示された方法は、熱伝導率を測定するためのセンサの他に、音速を測定するための高価な音速センサが必要である。そこで、本発明は、ガスの発熱量を容易に測定可能な発熱量算出式作成システム、発熱量算出式の作成方法、発熱量測定システム、及び発熱量の測定方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様によれば、（ａ）複数種類のガス成分を含む複数の混合ガスのそれぞれを加熱する発熱素子と、（ｂ）複数の混合ガスのそれぞれのガス温度の値、及び発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの複数の混合ガスのそれぞれの物性の値を計測する計測機構と、（ｃ）複数の混合ガスのそれぞれの既知の発熱量の値、計測されたガス温度の値、及び複数の発熱温度に対して計測された物性の値に基づいて、ガス温度及び複数の発熱温度に対する物性を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成する式作成モジュールと、を備える、発熱量算出式作成システムが提供される。なお、物性とは、例えば放熱係数又は熱伝導率である。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、（ａ）複数種類のガス成分を含む複数の混合ガスを準備することと、（ｂ）複数の混合ガスのそれぞれのガス温度の値を計測することと、（ｃ）発熱素子を複数の発熱温度で発熱させたときの複数の混合ガスのそれぞれの物性の値を計測することと、（ｄ）複数の混合ガスのそれぞれの既知の発熱量の値、計測されたガス温度の値、及び複数の発熱温度に対して計測された物性の値に基づいて、ガス温度及び複数の発熱温度に対する物性を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成することと、を含む、発熱量算出式の作成方法が提供される。
【０００７】
本発明のさらに他の態様によれば、（ａ）発熱量が未知の計測対象混合ガスのガス温度の値、及び発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの計測対象混合ガスの物性の値を計測する計測機構と、（ｂ）ガス温度及び複数の発熱温度に対する物性を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置と、（ｃ）発熱量算出式のガス温度の独立変数及び複数の発熱温度に対する物性の独立変数に、計測対象混合ガスのガス温度の値及び複数の発熱温度に対する計測対象混合ガスの物性の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する発熱量算出モジュールと、を備える、発熱量測定システムが提供される。なお、物性とは、例えば放熱係数又は熱伝導率である。
【０００８】
本発明のまたさらに他の態様によれば、（ａ）発熱量が未知の計測対象混合ガスのガス温度の値、及び発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの計測対象混合ガスの物性の値を計測することと、（ｂ）ガス温度及び複数の発熱温度に対する物性を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を用意することと、（ｃ）発熱量算出式のガス温度の独立変数及び複数の発熱温度に対する物性の独立変数に、計測対象混合ガスのガス温度の値及び複数の発熱温度に対する計測対象混合ガスの物性の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出することと、を含む、発熱量の測定方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ガスの発熱量を容易に測定可能な発熱量算出式作成システム、発熱量算出式の作成方法、発熱量測定システム、及び発熱量の測定方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロチップの斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロチップの図１のＩＩ−ＩＩ方向から見た断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る発熱素子に関する回路図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る測温素子に関する回路図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る発熱素子の発熱温度と、ガスの放熱係数の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係るガス物性値測定システムの第１の模式図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係るガス物性値測定システムの第２の模式図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るガス物性値測定システムを示す模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る熱伝導率と放熱係数との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るガス物性値測定システムを示す模式図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係るガスの濃度と放熱係数との関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係るガス物性値測定システムを示す模式図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る発熱量の測定方法を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態の実施例１に係るサンプル混合ガスの組成と、発熱量と、を示す表である。
【図１６】本発明の実施の形態の実施例１に係るサンプル混合ガスの算出された発熱量と、真の発熱量と、を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施の形態の実施例１に係るサンプル混合ガスの真の発熱量と、算出された発熱量と、の関係を示すグラフである。
【図１８】本発明の実施の形態の実施例２に係るサンプル混合ガスの算出された発熱量の真値からの誤差を示す第１のグラフである。
【図１９】本発明の実施の形態の実施例２に係るサンプル混合ガスの算出された発熱量の真値からの誤差を示す第２のグラフである。
【図２０】本発明の実施の形態の実施例２に係るサンプル混合ガスの算出された発熱量の真値からの誤差を示す第３のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１２】
（第１の実施の形態）
まず、斜視図である図１、及びＩＩ−ＩＩ方向から見た断面図である図２を参照して、第１の実施の形態に係るガス物性値測定システムに用いられるマイクロチップ８について説明する。マイクロチップ８は、キャビティ６６が設けられた基板６０、及び基板６０上にキャビティ６６を覆うように配置された絶縁膜６５を備える。基板６０の厚みは、例えば０．５ｍｍである。また、基板６０の縦横の寸法は、例えばそれぞれ１．５ｍｍ程度である。絶縁膜６５のキャビティ６６を覆う部分は、断熱性のダイアフラムをなしている。さらにマイクロチップ８は、絶縁膜６５のダイアフラムの部分に設けられた発熱素子６１と、発熱素子６１を挟むように絶縁膜６５のダイアフラムの部分に設けられた第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３と、基板６０上に設けられた第３の測温素子６４と、を備える。
【００１３】
発熱素子６１は、キャビティ６６を覆う絶縁膜６５のダイアフラムの部分の中心に配置されている。発熱素子６１は、例えば抵抗器であり、電力を与えられて発熱し、発熱素子６１に接する雰囲気ガスを加熱する。第１の測温素子６２、第２の測温素子６３、及び第３の測温素子６４のそれぞれは、例えば抵抗器であり、発熱素子６１が発熱する前の雰囲気ガスのガス温度を検出する。なお、第１の測温素子６２、第２の測温素子６３、及び第３の測温素子６４のいずれかのみを用いてガス温度を検出してもよい。あるいは、第１の測温素子６２が検出したガス温度と、第２の測温素子６３が検出したガス温度と、の平均値を、ガス温度として採用してもよい。以下においては、第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３が検出したガス温度の平均値をガス温度として採用する例を説明するが、これに限定されない。
【００１４】
基板６０の材料としては、シリコン（Ｓｉ）等が使用可能である。絶縁膜６５の材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等が使用可能である。キャビティ６６は、異方性エッチング等により形成される。また発熱素子６１、第１の測温素子６２、第２の測温素子６３、及び第３の測温素子６４のそれぞれの材料には白金（Ｐｔ）等が使用可能であり、リソグラフィ法等により形成可能である。
【００１５】
図３に示すように、発熱素子６１の一端には、例えば、オペアンプ１７０の＋入力端子が電気的に接続され、他端は接地される。また、オペアンプ１７０の＋入力端子及び出力端子と並列に、抵抗素子１６１が接続される。オペアンプ１７０の−入力端子は、直列に接続された抵抗素子１６２と抵抗素子１６３との間、直列に接続された抵抗素子１６３と抵抗素子１６４との間、直列に接続された抵抗素子１６４と抵抗素子１６５との間、又は抵抗素子１６５の接地端子に電気的に接続される。各抵抗素子１６２−１６５の抵抗値を適当に定めることにより、例えば５．０Ｖの電圧Ｖｉｎを抵抗素子１６２の一端に印加すると、抵抗素子１６３と抵抗素子１６２との間には、例えば２．４Ｖの電圧ＶL3が生じる。また、抵抗素子１６４と抵抗素子１６３との間には、例えば１．９Ｖの電圧ＶL2が生じ、抵抗素子１６５と抵抗素子１６４との間には、例えば１．４Ｖの電圧ＶL1が生じる。
【００１６】
抵抗素子１６２及び抵抗素子１６３の間と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ１が設けられており、抵抗素子１６３及び抵抗素子１６４の間と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ２が設けられている。また、抵抗素子１６４及び抵抗素子１６５の間と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ３が設けられており、抵抗素子１６５の接地端子と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ４が設けられている。
【００１７】
オペアンプ１７０の−入力端子に２．４Ｖの電圧ＶL3を印加する場合、スイッチＳＷ１のみが通電され、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４は切断される。オペアンプ１７０の−入力端子に１．９Ｖの電圧ＶL2を印加する場合、スイッチＳＷ２のみが通電され、スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４は切断される。オペアンプ１７０の−入力端子に１．４Ｖの電圧ＶL1を印加する場合、スイッチＳＷ３のみが通電され、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４は切断される。オペアンプ１７０の−入力端子に０Ｖの電圧ＶL0を印加する場合、スイッチＳＷ４のみが通電され、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は切断される。したがって、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４の開閉によって、オペアンプ１７０の−入力端子に０Ｖ又は３段階の電圧のいずれかを印加可能である。そのため、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４の開閉によって、発熱素子６１の発熱温度を定める印加電圧を３段階に設定可能である。
【００１８】
図１及び図２に示す発熱素子６１は、温度によって抵抗値が変化する。発熱素子６１の発熱温度ＴHと、発熱素子６１の抵抗値ＲHの関係は、下記（１）式で与えられる。
RH = RSTD×[1+α(TH-TSTD) + β(TH-TSTD)2] ・・・(1)
ここで、ＴSTDは標準温度を表し、例えば２０℃である。ＲSTDは標準温度ＴSTDにおける予め計測された抵抗値を表す。αは１次の抵抗温度係数、βは２次の抵抗温度係数を表す。また、発熱素子６１の抵抗値ＲHは、発熱素子６１の駆動電力ＰHと、発熱素子６１の通電電流ＩHから、下記（２）式で与えられる。
RH = PH / IH2 ・・・(2)
あるいは発熱素子６１の抵抗値ＲHは、発熱素子６１にかかる電圧ＶHと、発熱素子６１の通電電流ＩHから、下記（３）式で与えられる。
RH = VH / IH ・・・(3)
【００１９】
ここで、発熱素子６１の発熱温度ＴHは、発熱素子６１と雰囲気ガスの間が熱的に平衡になったときに安定する。なお、熱的に平衡な状態とは、発熱素子６１の発熱と、発熱素子６１から雰囲気ガスへの放熱とが釣り合っている状態をいう。平衡状態において、下記（４）式に示すように、発熱素子６１の駆動電力ＰHを、発熱素子６１の発熱温度ＴHと雰囲気ガスの温度ＴIとの差で割ることにより、雰囲気ガスの放熱係数ＭIが得られる。なお、放熱係数ＭIの単位は、例えばＷ／℃である。
MI = PH / (TH - TI) ・・・(4)
【００２０】
発熱素子６１の通電電流ＩHと、駆動電力ＰH又は電圧ＶHは計測可能であるため、上記（１）乃至（３）式から発熱素子６１の発熱温度ＴHが算出可能である。また、雰囲気ガスの温度ＴIは、図１に示す第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３で測定可能である。したがって、図１及び図２に示すマイクロチップ８を用いて、雰囲気ガスの放熱係数ＭIが算出可能である。
【００２１】
マイクロチップ８は、マイクロチップ８の底面に配置された断熱部材１８を介して、雰囲気ガスが充填されるチャンバ等に固定される。断熱部材１８を介してマイクロチップ８をチャンバ等に固定することにより、マイクロチップ８の温度が、チャンバ等の内壁の温度変動の影響を受けにくくなる。断熱部材１８はガラス等からなり、熱伝導率は、例えば１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。
【００２２】
図４に示すように、第１の測温素子６２の一端には、例えば、オペアンプ２７０の−入力端子が電気的に接続され、他端は接地される。また、オペアンプ２７０の−入力端子及び出力端子と並列に、抵抗素子２６１が接続される。オペアンプ２７０の＋入力端子は、直列に接続された抵抗素子２６４と抵抗素子２６５との間に電気的に接続される。これにより、第１の測温素子６２には、０．３Ｖ程度の弱い電圧が加えられる。
【００２３】
ここで、雰囲気ガスが混合ガスであり、混合ガスが、ガスＡ、ガスＢ、ガスＣ、及びガスＤの４種類のガス成分からなっていると仮定する。ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDの総和は、下記（５）式で与えられるように、１である。
VA+VB+VC+VD=1 ・・・(5)
【００２４】
また、ガスＡの単位体積当たりの発熱量をＫA、ガスＢの単位体積当たりの発熱量をＫB、ガスＣの単位体積当たりの発熱量をＫC、ガスＤの単位体積当たりの発熱量をＫDとすると、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、各ガス成分の体積率に、各ガス成分の単位体積当たりの発熱量を乗じたものの総和で与えられる。したがって、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、下記（６）式で与えられる。なお、単位体積当たりの発熱量の単位は、例えばＭＪ／ｍ3である。
Q = KA×VA+ KB×VB+ KC×VC+KD×VD ・・・(6)
【００２５】
また、ガスＡの放熱係数をＭA、ガスＢの放熱係数をＭB、ガスＣの放熱係数をＭC、ガスＤの放熱係数をＭDとすると、混合ガスの放熱係数ＭIは、各ガス成分の体積率に、各ガス成分の放熱係数を乗じたものの総和で与えられる。したがって、混合ガスの放熱係数ＭIは、下記（７）式で与えられる。
MI = MA×VA+ MB×VB+ MC×VC+MD×VD ・・・(7)
【００２６】
さらに、ガスの放熱係数は発熱素子６１の発熱温度ＴHに依存するので、混合ガスの放熱係数ＭIは、発熱素子６１の発熱温度ＴHの関数として、下記（８）式で与えられる。
MI (TH)= MA(TH)×VA+ MB(TH)×VB+ MC(TH)×VC+MD(TH)×VD ・・・(8)
【００２７】
したがって、発熱素子６１の発熱温度がＴH1のときの混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1）は下記（９）式で与えられる。また、発熱素子６１の発熱温度がＴH2のときの混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH2）は下記（１０）式で与えられ、発熱素子６１の発熱温度がＴH3のときの混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH3）は下記（１１）式で与えられる。なお、発熱温度ＴH1、発熱温度ＴH2、発熱温度ＴH3は異なる温度である。
MI (TH1)= MA(TH1)×VA+ MB(TH1)×VB+ MC(TH1)×VC+MD(TH1)×VD ・・・(9)
MI (TH2)= MA(TH2)×VA+ MB(TH2)×VB+ MC(TH2)×VC+MD(TH2)×VD ・・・(10)
MI (TH3)= MA(TH3)×VA+ MB(TH3)×VB+ MC(TH3)×VC+MD(TH3)×VD ・・・(11)
【００２８】
ここで、発熱素子６１の発熱温度ＴHに対して各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH），ＭB（ＴH），ＭC（ＴH），ＭD（ＴH）が非線形性を有する場合、上記（９）乃至（１１）式は、線形独立な関係を有する。また、発熱素子６１の発熱温度ＴHに対して各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH），ＭB（ＴH），ＭC（ＴH），ＭD（ＴH）が線形性を有する場合でも、発熱素子６１の発熱温度ＴHに対する各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH），ＭB（ＴH），ＭC（ＴH），ＭD（ＴH）の変化率が異なる場合は、上記（９）乃至（１１）式は、線形独立な関係を有する。さらに、（９）乃至（１１）式が線形独立な関係を有する場合、（５）式及び（９）乃至（１１）式は線形独立な関係を有する。
【００２９】
図５は、天然ガスに含まれるメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の放熱係数と発熱素子６１の発熱温度の関係を示すグラフである。発熱素子６１の発熱温度に対して、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）のそれぞれのガス成分の放熱係数は線形性を有する。しかし、発熱素子６１の発熱温度に対する放熱係数の変化率は、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）のそれぞれで異なる。したがって、混合ガスを構成するガス成分がメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）であるである場合、上記（９）乃至（１１）式は、線形独立な関係を有する。
【００３０】
（９）乃至（１１）式中の各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH1），ＭB（ＴH1），ＭC（ＴH1），ＭD（ＴH1），ＭA（ＴH2），ＭB（ＴH2），ＭC（ＴH2），ＭD（ＴH2），ＭA（ＴH3），ＭB（ＴH3），ＭC（ＴH3），ＭD（ＴH3）の値は、計測等により予め得ることが可能である。したがって、（５）式及び（９）乃至（１１）式の連立方程式を解くと、ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDのそれぞれが、下記（１２）乃至（１５）式に示すように、混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）の関数として与えられる。なお、下記（１２）乃至（１５）式において、ｎを自然数としてｆnは、関数を表す記号である。
VA=f1[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(12)
VB=f2[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(13)
VC=f3[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(14)
VD=f4[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(15)
【００３１】
さらに、ボイルシャルルの法則により、ガスの体積はガスそのものの温度に比例する。ここで、例えば、発熱素子６１を発熱させる前の混合ガスの温度をＴIとすると、ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDのそれぞれは、下記（１６）乃至（１９）式に示すように、混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）及び混合ガスの温度ＴIの関数として与えられる。
VA=f1[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), TI ] ・・・(16)
VB=f2[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), TI ] ・・・(17)
VC=f3[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), TI ] ・・・(18)
VD=f4[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), TI ] ・・・(19)
【００３２】
ここで、上記（６）式に（１６）乃至（１９）式を代入することにより、下記（２０）式が得られる。
Q = KA×VA+ KB×VB+ KC×VC+KD×VD
= KA×f1[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3) , TI ]
+ KB×f2[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3) , TI ]
+ KC×f3[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3) , TI ]
+ KD×f4[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3) , TI ] ・・・(20)
【００３３】
上記（２０）式から明らかなように、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、発熱素子６１の発熱温度がＴH1，ＴH2，ＴH3である場合の混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）と、混合ガスの温度ＴIと、を変数とする方程式で与えられる。したがって、混合ガスの発熱量Ｑは、ｇを関数を表す記号として、下記（２１）式で与えられる。
Q = g[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3) , TI ] ・・・(21)
【００３４】
よって、ガスＡ、ガスＢ、ガスＣ、及びガスＤからなる混合ガスについて、予め上記（２１）式を得れば、ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDが未知の検査対象混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑを容易に算出可能であることを、発明者らは見出した。具体的には、発熱素子６１の発熱温度がＴH1，ＴH2，ＴH3である場合の検査対象混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）と、検査対象混合ガスの温度ＴIと、を計測し、（２１）式に代入することにより、検査対象混合ガスの発熱量Ｑを一意に求めることが可能となる。
【００３５】
なお、混合ガスのガス成分は、４種類に限定されることはない。例えば、混合ガスがｎ種類のガス成分からなる場合、まず、下記（２２）式で与えられる、発熱素子６１の少なくともｎ−１種類の発熱温度ＴH1，ＴH2，ＴH3，・・・，ＴHn-1に対する混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3），・・・，ＭI（ＴHn-1）と、混合ガスの温度ＴIと、を変数とする方程式を予め取得する。そして、発熱素子６１のｎ−１種類の発熱温度ＴH1，ＴH2，ＴH3，・・・，ＴHn-1に対する、ｎ種類のガス成分のそれぞれの体積率が未知の検査対象混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3），・・・，ＭI（ＴHn-1）と、検査対象混合ガスの温度ＴIと、を計測し、（２２）式に代入することにより、検査対象混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑを一意に求めることが可能となる。
Q = g[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), ・・・, MI (THn-1) , TI ] ・・・(22)
【００３６】
ただし、混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えて、ｊを自然数として、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）を、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしても、（２２）式の算出には影響しない。例えば、エタン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、ペンタン（Ｃ5Ｈ12）、ヘキサン（Ｃ6Ｈ14）を、下記（２３）乃至（２６）式に示すように、それぞれ所定の係数を掛けられたメタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなして（２２）式を算出してもかまわない。
C2H6 = 0.5 CH4 + 0.5 C3H8 ・・・(23)
C4H10 = -0.5 CH4 + 1.5 C3H8 ・・・(24)
C5H12 = -1.0 CH4 + 2.0 C3H8 ・・・(25)
C6H14 = -1.5 CH4 + 2.5 C3H8 ・・・(26)
【００３７】
したがって、ｚを自然数として、ｎ種類のガス成分からなる混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えて、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のｚ種類のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合、少なくともｎ−ｚ−１種類の発熱温度における混合ガスの放熱係数ＭIを変数とする方程式を求めてもよい。
【００３８】
なお、（２２）式の算出に用いられた混合ガスのガス成分の種類と、単位体積当たりの発熱量Ｑが未知の検査対象混合ガスのガス成分の種類が同じ場合に、検査対象混合ガスの発熱量Ｑの算出に（２２）式を利用可能であることはもちろんである。さらに、検査対象混合ガスがｎ種類より少ない種類のガス成分からなり、かつ、ｎ種類より少ない種類のガス成分が、（２２）式の算出に用いられた混合ガスに含まれている場合も、（２２）式を利用可能である。例えば、（２２）式の算出に用いられた混合ガスが、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の４種類のガス成分を含む場合、検査対象混合ガスが、窒素（Ｎ2）を含まず、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の３種類のガス成分のみを含む場合も、検査対象混合ガスの発熱量Ｑの算出に（２２）式を利用可能である。
【００３９】
さらに、（２２）式の算出に用いられた混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）を含む場合、検査対象混合ガスが、（２２）式の算出に用いられた混合ガスに含まれていないアルカン（ＣjＨ2j+2）を含んでいても、（２２）式を利用可能である。これは、上述したように、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）を、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしても、（２２）式を用いた単位体積当たりの発熱量Ｑの算出に影響しないためである。
【００４０】
ここで、図６に示す第１の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０は、発熱量Ｑの値が既知のサンプル混合ガスが充填されるチャンバ１０１と、図１及び図２に示す発熱素子６１、第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３を用いて、サンプル混合ガスの複数の放熱係数ＭIの値及びサンプル混合ガスの温度ＴIの値を計測する図６に示す計測機構１０と、を備える。さらに、ガス物性値測定システムは、サンプル混合ガスの既知の発熱量Ｑの値、サンプル混合ガスの複数の放熱係数ＭIの値、及びサンプル混合ガスの温度ＴIの値に基づいて、発熱素子６１の複数の発熱温度に対するガスの放熱係数ＭI及びガスの温度ＴIを独立変数とし、ガスの発熱量Ｑを従属変数とする発熱量算出式を作成する式作成モジュール３０２を備える。なお、サンプル混合ガスは、複数種類のガス成分を含む。
【００４１】
計測機構１０は、サンプル混合ガスが注入されるチャンバ１０１内に配置された、図１及び図２を用いて説明したマイクロチップ８を備える。マイクロチップ８は、断熱部材１８を介してチャンバ１０１内に配置されている。チャンバ１０１には、サンプル混合ガスをチャンバ１０１に送るための流路１０２と、サンプル混合ガスをチャンバ１０１から外部に排出するための流路１０３と、が接続されている。
【００４２】
それぞれ発熱量Ｑが異なる４種類のサンプル混合ガスが使用される場合、図７に示すように、第１のサンプル混合ガスを貯蔵する第１のガスボンベ５０Ａ、第２のサンプル混合ガスを貯蔵する第２のガスボンベ５０Ｂ、第３のサンプル混合ガスを貯蔵する第３のガスボンベ５０Ｃ、及び第４のサンプル混合ガスを貯蔵する第４のガスボンベ５０Ｄが用意される。第１のガスボンベ５０Ａには、流路９１Ａを介して、第１のガスボンベ５０Ａから例えば０．２ＭＰａ等の低圧に調節された第１のサンプル混合ガスを得るための第１のガス圧調節器３１Ａが接続されている。また、第１のガス圧調節器３１Ａには、流路９２Ａを介して、第１の流量制御装置３２Ａが接続されている。第１の流量制御装置３２Ａは、流路９２Ａ及び流路１０２を介してガス物性値測定システム２０に送られる第１のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００４３】
第２のガスボンベ５０Ｂには、流路９１Ｂを介して、第２のガス圧調節器３１Ｂが接続されている。また、第２のガス圧調節器３１Ｂには、流路９２Ｂを介して、第２の流量制御装置３２Ｂが接続されている。第２の流量制御装置３２Ｂは、流路９２Ｂ，９３，１０２を介してガス物性値測定システム２０に送られる第２のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００４４】
第３のガスボンベ５０Ｃには、流路９１Ｃを介して、第３のガス圧調節器３１Ｃが接続されている。また、第３のガス圧調節器３１Ｃには、流路９２Ｃを介して、第３の流量制御装置３２Ｃが接続されている。第３の流量制御装置３２Ｃは、流路９２Ｃ，９３，１０２を介してガス物性値測定システム２０に送られる第３のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００４５】
第４のガスボンベ５０Ｄには、流路９１Ｄを介して、第４のガス圧調節器３１Ｄが接続されている。また、第４のガス圧調節器３１Ｄには、流路９２Ｄを介して、第４の流量制御装置３２Ｄが接続されている。第４の流量制御装置３２Ｄは、流路９２Ｄ，９３，１０２を介してガス物性値測定システム２０に送られる第４のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００４６】
第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれは、例えば天然ガスである。第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれは、例えばメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の４種類のガス成分を含む。
【００４７】
第１のサンプル混合ガスがチャンバ１０１に充填された後、マイクロチップ８の図１及び図２に示す第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３は、発熱素子６１が発熱する前の第１のサンプル混合ガスの温度ＴIを検出する。その後、発熱素子６１は、図６に示す駆動回路３０３から駆動電力ＰHを与えられる。駆動電力ＰHを与えられることにより、図１及び図２に示す発熱素子６１は、例えば、１００℃、１５０℃、及び２００℃で発熱する。
【００４８】
図６に示すチャンバ１０１から第１のサンプル混合ガスが除去された後、第２乃至第４のサンプル混合ガスがチャンバ１０１に順次充填される。第２乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれがチャンバ１０１に充填された後、マイクロチップ８は、第２乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの温度ＴIを検出する。また、図１及び図２に示す発熱素子６１は、駆動電力ＰHを与えられ、１００℃、１５０℃、及び２００℃で発熱する。
【００４９】
なお、それぞれのサンプル混合ガスがｎ種類のガス成分を含む場合、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱素子６１は、少なくともｎ−１種類の異なる発熱温度で発熱させられる。ただし、上述したように、メタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）は、メタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしうる。したがって、ｚを自然数として、ｎ種類のガス成分からなるサンプル混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えてｚ種類のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合は、発熱素子６１は、少なくともｎ−ｚ−１種類の異なる発熱温度で発熱させられる。
【００５０】
さらに図６に示す計測機構１０は、マイクロチップ８に接続された放熱係数算出モジュール３０１を備える。放熱係数算出モジュール３０１は、上記（４）式に示すように、図１及び図２に示すマイクロチップ８の発熱素子６１の第１の駆動電力ＰH1を、発熱素子６１の第１の発熱温度ＴH（ここでは１００℃）と、第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの温度ＴIと、の差で割る。これにより、発熱温度が１００℃の発熱素子６１と熱的に平衡な第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数ＭIの値が算出される。
【００５１】
また、図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱素子６１の第２の駆動電力ＰH2を、発熱素子６１の第２の発熱温度ＴH（ここでは１５０℃）と、第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの温度ＴIと、の差で割る。これにより、発熱温度が１５０℃の発熱素子６１と熱的に平衡な第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数ＭIの値が算出される。
【００５２】
さらに、図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱素子６１の第３の駆動電力ＰH3を、発熱素子６１の第３の発熱温度ＴH（ここでは２００℃）と、第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの温度ＴIと、の差で割る。これにより、発熱温度が２００℃の発熱素子６１と熱的に平衡な第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数ＭIの値が算出される。
【００５３】
図６に示すガス物性値測定システム２０は、ＣＰＵ３００に接続された放熱係数記憶装置４０１をさらに備える。放熱係数算出モジュール３０１は、測定されたガスの温度の値ＴIと、算出した放熱係数ＭIの値と、を放熱係数記憶装置４０１に保存する。
【００５４】
式作成モジュール３０２は、例えば第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの既知の発熱量Ｑの値と、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の複数のガスの放熱係数ＭIの値と、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合の複数のガスの放熱係数ＭIの値と、発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合の複数のガスの放熱係数ＭIの値と、複数のガスの温度ＴIの値と、を収集する。さらに式作成モジュール３０２は、収集した発熱量Ｑ、複数の放熱係数ＭI、及び複数のガスの温度ＴIの値に基づいて、多変量解析により、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の放熱係数ＭI、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合の放熱係数ＭI、発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合の放熱係数ＭI、及びガスの温度ＴIを独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数とする発熱量算出式を算出する。
【００５５】
なお、「多変量解析」とは、Ａ． Ｊ Ｓｍｏｌａ及びＢ． Ｓｃｈｏｌｋｏｐｆ著の「Ａ Ｔｕｔｏｒｉａｌ ｏｎ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ」（ＮｅｕｒｏＣＯＬＴ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ （ＮＣ−ＴＲ−９８−０３０）、１９９８年）に開示されているサポートベクトル回帰、重回帰分析、及び特開平５−１４１９９９号公報に開示されているファジィ数量化理論ＩＩ類等を含む。また、放熱係数算出モジュール３０１及び式作成モジュール３０２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００に含まれている。
【００５６】
ガス物性値測定システム２０は、ＣＰＵ３００に接続された式記憶装置４０２をさらに備える。式記憶装置４０２は、式作成モジュール３０２が作成した発熱量算出式を保存する。さらにＣＰＵ３００には、入力装置３１２及び出力装置３１３が接続される。入力装置３１２としては、例えばキーボード、及びマウス等のポインティングデバイス等が使用可能である。出力装置３１３には液晶ディスプレイ、モニタ等の画像表示装置、及びプリンタ等が使用可能である。
【００５７】
次に、図８に示すフローチャートを用いて第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法について説明する。なお、以下の例では、第１乃至第４のサンプル混合ガスを準備し、図６に示すマイクロチップ８の発熱素子６１を、１００℃、１５０℃、及び２００℃に発熱させる場合を説明する。
【００５８】
（ａ）ステップＳ１００で、図７に示す第２乃至第４の流量制御装置３２Ｂ−３２Ｄの弁を閉じたまま、第１の流量制御装置３２Ａの弁を開き、図６に示すチャンバ１０１内に第１のサンプル混合ガスを導入する。ステップＳ１０１で、第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３は、第１のサンプル混合ガスの温度ＴIを検出する。その後、図６に示す駆動回路３０３は、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱素子６１に第１の駆動電力ＰH1を与え、発熱素子６１を１００℃で発熱させる。さらに、図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の第１のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出する。その後、放熱係数算出モジュール３０１は、第１のサンプル混合ガスの温度ＴIの値と、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の放熱係数ＭIの値と、を放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱素子６１に対する第１の駆動電力ＰH1の提供を停止する。
【００５９】
（ｂ）ステップＳ１０２で、駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱素子６１の発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度１５０℃及び発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ１０１に戻り、図６に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱素子６１を１５０℃で発熱させる。図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合の第１のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱素子６１に対する駆動電力の供給を停止する。
【００６０】
（ｃ）再びステップＳ１０２で、図１及び図２に示す発熱素子６１の発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ１０１に戻り、図６に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱素子６１を２００℃で発熱させる。図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合の第１のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱素子６１に対する駆動電力の供給を停止する。
【００６１】
（ｄ）発熱素子６１の発熱温度の切り替えが完了した場合には、ステップＳ１０２からステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３で、サンプル混合ガスの切り替えが完了したか否かを判定する。第２乃至第４のサンプル混合ガスへの切り替えが完了していない場合には、ステップＳ１００に戻る。ステップＳ１００で、図７に示す第１の流量制御装置３２Ａを閉じ、第３乃至第４の流量制御装置３２Ｃ−３２Ｄの弁を閉じたまま第２の流量制御装置３２Ｂの弁を開き、図６に示すチャンバ１０１内に第２のサンプル混合ガスを導入する。
【００６２】
（ｅ）第１のサンプル混合ガスと同様に、ステップＳ１０１乃至ステップＳ１０２のループが繰り返される。まず、第２のサンプル混合ガスの温度ＴIの値が測定される。また、放熱係数算出モジュール３０１が、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の第２のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合の第２のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値、及び発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合の第２のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出する。さらに放熱係数算出モジュール３０１は、測定した第２のサンプル混合ガスの温度ＴIの値と、算出した放熱係数ＭIの値と、を放熱係数記憶装置４０１に保存する。
【００６３】
（ｆ）その後、ステップＳ１００乃至ステップＳ１０３のループが繰り返される。これにより、第３のサンプル混合ガスの温度ＴIの値及び発熱素子６１の発熱温度が１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれの場合の第３のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値と、第４のサンプル混合ガスの温度ＴIの値及び発熱素子６１の発熱温度が１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれの場合の第４のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値とが、放熱係数記憶装置４０１に保存される。ステップＳ１０４で、入力装置３１２から式作成モジュール３０２に、第１のサンプル混合ガスの既知の発熱量Ｑの値、第２のサンプル混合ガスの既知の発熱量Ｑの値、第３のサンプル混合ガスの既知の発熱量Ｑの値、及び第４のサンプル混合ガスの既知の発熱量Ｑの値を入力する。また、式作成モジュール３０２は、放熱係数記憶装置４０１から、第１乃至第４のサンプル混合ガスの温度ＴIの値と、発熱素子６１の発熱温度が１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれの場合の第１乃至第４のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値と、を読み出す。
【００６４】
（ｇ）ステップＳ１０５で、第１乃至第４のサンプル混合ガスの発熱量Ｑの値と、第１乃至第４のサンプル混合ガスの温度ＴIの値と、発熱素子６１の発熱温度が１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれの場合の第１乃至第４のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値と、に基づいて、式作成モジュール３０２は、重回帰分析を行う。重回帰分析により、式作成モジュール３０２は、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の放熱係数ＭI、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合の放熱係数ＭI、発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合の放熱係数ＭI、及びガスの温度ＴIを独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数とする発熱量算出式を算出する。その後、ステップＳ１０６で、式作成モジュール３０２は作成した発熱量算出式を式記憶装置４０２に保存し、第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法が終了する。
【００６５】
以上示したように、第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法によれば、計測対象混合ガスの発熱量Ｑの値を一意に算出可能な発熱量算出式を作成することが可能となる。
【００６６】
（第２の実施の形態）
図９に示すように、第２の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０のＣＰＵ３００には、熱伝導率記憶装置４１１が接続されている。ここで、図１０は、発熱素子に２ｍＡ、２．５ｍＡ、及び３ｍＡの電流を流した際の、混合ガスの放熱係数ＭIと、熱伝導率と、の関係を示す。図１０に示すように、混合ガスの放熱係数ＭIと熱伝導率は一般に比例関係にある。そこで、図９に示す熱伝導率記憶装置４１１は、チャンバ１０１に導入されるガスの放熱係数ＭIと熱伝導率との対応関係を、近似式あるいはテーブル等で予め保存する。
【００６７】
第２の実施の形態に係るＣＰＵ３００は、熱伝導率算出モジュール３２２をさらに含む。熱伝導率算出モジュール３２２は、放熱係数記憶装置４０１から放熱係数ＭIの値を読み出し、熱伝導率記憶装置４１１からガスの放熱係数ＭIと熱伝導率との対応関係を読み出す。さらに熱伝導率算出モジュール３２２は、ガスの放熱係数ＭIの値と、ガスの放熱係数ＭI及び熱伝導率の対応関係とに基づいて、チャンバ１０１に導入されたガスの熱伝導率を算出する。
【００６８】
第２の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０のその他の構成要素は、第１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。第２の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０によれば、放熱係数ＭIに基づいて、ガスの正確な熱伝導率の値を算出することが可能となる。
【００６９】
（第３の実施の形態）
図１１に示すように、第３の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０のＣＰＵ３００には、濃度記憶装置４１２がさらに接続されている。ここで、図１２は、ガス温度ＴIが０℃、２０℃、及び４０℃のときのプロパンガスの放熱係数ＭIと、濃度と、の関係を示す。図１２に示すように、ガスの放熱係数ＭIと、ガスの濃度とは、一般に比例関係にある。そこで、図１１に示す濃度記憶装置４１２は、チャンバ１０１に導入されるガスの放熱係数ＭIと、濃度と、の対応関係を、近似式あるいはテーブル等で予め保存する。
【００７０】
第３の実施の形態に係るＣＰＵ３００は、濃度算出モジュール３２３をさらに含む。濃度算出モジュール３２３は、放熱係数記憶装置４０１から放熱係数ＭIの値を読み出し、濃度記憶装置４１２からガスの放熱係数ＭIと、濃度と、の対応関係を読み出す。さらに濃度算出モジュール３２３は、ガスの放熱係数ＭIの値と、ガスの放熱係数ＭI及び濃度の対応関係とに基づいて、チャンバ１０１に導入されたガスの濃度を算出する。
【００７１】
第３の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０のその他の構成要素は、第１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。第３の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０によれば、ガスの放熱係数ＭIに基づいて、ガスの濃度の正確な値を算出することが可能となる。
【００７２】
（第４の実施の形態）
図１３に示すように、第４の実施の形態に係るガス物性値測定システム２１は、発熱量Ｑの値が未知の計測対象混合ガスが充填されるチャンバ１０１と、図１及び図２に示す発熱素子６１、第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３を用いて、計測対象混合ガスの温度ＴIの値、及び計測対象混合ガスの複数の放熱係数ＭIの値を計測する図１３に示す計測機構１０と、を備える。さらに、ガス物性値測定システム２１は、ガスの温度ＴI及び発熱素子６１の複数の発熱温度に対するガスの放熱係数ＭIを独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置４０２と、発熱量算出式のガスの温度ＴIの独立変数及び発熱素子６１の複数の発熱温度に対するガスの放熱係数ＭIの独立変数に、計測対象混合ガスの温度ＴIの値及び発熱素子６１の複数の発熱温度に対する計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量Ｑの値を算出する発熱量算出モジュール３０５と、を備える。
【００７３】
式記憶装置４０２は、第１の実施の形態で説明した発熱量算出式を保存する。ここでは、例として、発熱量算出式の作成のために、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）を含む天然ガスがサンプル混合ガスとして使用された場合を説明する。また、発熱量算出式は、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合のガスの放熱係数ＭIと、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合のガスの放熱係数ＭIと、発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合のガスの放熱係数ＭIと、ガスの温度ＴIと、を独立変数としているものとする。
【００７４】
第４の実施の形態においては、例えば、未知の体積率でメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）を含む、発熱量Ｑが未知の天然ガスが、計測対象混合ガスとして、チャンバ１０１に導入される。図１及び図２に示すマイクロチップ８の第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３は、発熱素子６１が発熱する前の計測対象混合ガスの温度ＴIを検出する。その後、発熱素子６１は、図１３に示す駆動回路３０３から駆動電力ＰHを与えられる。駆動電力ＰHを与えられることにより、図１及び図２に示す発熱素子６１は、１００℃、１５０℃、及び２００℃で発熱する。
【００７５】
図１３に示す放熱係数算出モジュール３０１は、上記（１）乃至（４）式で説明した方法に従って、発熱温度１００℃で発熱する発熱素子６１と熱的に平衡な計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出する。また、放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１５０℃で発熱する発熱素子６１と熱的に平衡な計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値、及び発熱温度２００℃で発熱する発熱素子６１と熱的に平衡な計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出する。放熱係数算出モジュール３０１は、計測対象混合ガスの温度ＴIの値と、算出した放熱係数ＭIの値とを、放熱係数記憶装置４０１に保存する。
【００７６】
発熱量算出モジュール３０５は、発熱量算出式のガスの放熱係数ＭIの独立変数及びガスの温度ＴIの独立変数に、計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値及び温度ＴIの値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量Ｑの値を算出する。ＣＰＵ３００には、発熱量記憶装置４０３がさらに接続されている。発熱量記憶装置４０３は、発熱量算出モジュール３０５が算出した計測対象混合ガスの発熱量Ｑの値を保存する。第４の実施の形態に係るガス物性値測定システム２１のその他の構成要件は、図６で説明した第１の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０と同様であるので、説明は省略する。
【００７７】
次に、図１４に示すフローチャートを用いて、第４の実施の形態に係る発熱量の測定方法について説明する。なお、以下の例では、図１３に示すマイクロチップ８の発熱素子６１を、１００℃、１５０℃、及び２００℃に発熱させる場合を説明する。
【００７８】
（ａ）ステップＳ２００で、図１３に示すチャンバ１０１内に計測対象混合ガスを導入する。次に、ステップＳ２０１で、図１及び図２に示すマイクロチップ８の第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３は、発熱素子６１が発熱する前の計測対象混合ガスの温度ＴIを検出する。その後、図１３に示す駆動回路３０３は、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱素子６１に第１の駆動電力ＰH1を与え、発熱素子６１を１００℃で発熱させる。図１３に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１００℃における計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出する。さらに、放熱係数算出モジュール３０１は、計測対象混合ガスの温度ＴIの値、及び発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値を放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱素子６１に対する第１の駆動電力ＰH1の提供を停止する。
【００７９】
（ｂ）ステップＳ２０２で、図１３に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱素子６１の発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度１５０℃及び発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ２０１に戻り、図１３に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱素子６１を１５０℃に発熱させる。図１３に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合の計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱素子６１に対する駆動電力の供給を停止する。
【００８０】
（ｃ）再びステップＳ２０２で、図１及び図２に示す発熱素子６１の発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ２０１に戻り、図１３に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱素子６１を２００℃に発熱させる。図１３に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合の計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱素子６１に対する駆動電力の供給を停止する。
【００８１】
（ｄ）発熱素子６１の発熱温度の切り替えが完了した場合には、ステップＳ２０２からステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３で、図１３に示す発熱量算出モジュール３０５は、式記憶装置４０２から、ガスの温度ＴI及び発熱素子６１の発熱温度が１００℃、１５０℃、及び２００℃の場合のガスの放熱係数ＭIを独立変数とする発熱量算出式を読み出す。また、発熱量算出モジュール３０５は、放熱係数記憶装置４０１から、計測対象混合ガスの温度ＴIの値及び発熱素子６１の発熱温度が１００℃、１５０℃、及び２００℃の場合の計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値を読み出す。
【００８２】
（ｅ）ステップＳ２０４で、発熱量算出モジュール３０５は、発熱量算出式の温度ＴIの独立変数に計測対象混合ガスの温度ＴIの値を代入し、発熱量算出式の放熱係数ＭIの独立変数に計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値を代入して、計測対象混合ガスの発熱量Ｑの値を算出する。その後、発熱量算出モジュール３０５は、算出した発熱量Ｑの値を発熱量記憶装置４０３に保存し、第４の実施の形態に係る発熱量の測定方法を終了する。
【００８３】
以上説明した第４の実施の形態に係る発熱量算出方法によれば、高価なガスクロマトグラフィ装置や音速センサを用いることなく、計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの測定値から、計測対象混合ガスの混合ガスの発熱量Ｑの値を測定することが可能となる。
【００８４】
天然ガスは、産出ガス田によって炭化水素の成分比率が異なる。また、天然ガスには、炭化水素の他に、窒素（Ｎ2）や炭酸ガス（ＣＯ2）等が含まれる。そのため、産出ガス田によって、天然ガスに含まれるガス成分の体積率は異なり、ガス成分の種類が既知であっても、天然ガスの発熱量Ｑは未知であることが多い。また、同一のガス田由来の天然ガスであっても、発熱量Ｑが常に一定であるとは限らず、採取時期によって変化することもある。
【００８５】
従来、天然ガスの使用料金を徴収する際には、天然ガスの使用発熱量Ｑでなく、使用体積に応じて課金する方法がとられている。しかし、天然ガスは由来する産出ガス田によって発熱量Ｑが異なるため、使用体積に課金するのは公平でない。これに対し、第４の実施の形態に係る発熱量算出方法を用いれば、ガス成分の種類が既知であるが、ガス成分の体積率が未知であるために発熱量Ｑが未知の天然ガス等の混合ガスの発熱量Ｑを、簡易に算出することが可能となる。そのため、公平な使用料金を徴収することが可能となる。
【００８６】
また、ガラス加工品の製造業においては、ガラスを加熱加工する際、加工精度を一定に保つために、一定の発熱量Ｑを有する天然ガスが供給されることが望まれている。そのためには、複数のガス田由来の天然ガスのそれぞれの発熱量Ｑを正確に把握し、総ての天然ガスの発熱量Ｑが同一になるよう調整した上で、ガラスの加熱加工工程に天然ガスを供給することが検討されている。これに対し、第４の実施の形態に係る発熱量算出方法を用いれば、複数のガス田由来の天然ガスのそれぞれ発熱量Ｑを正確には把握することが可能となるため、ガラスの加熱加工精度を一定に保つことが可能となる。
【００８７】
さらに、第４の実施の形態に係る発熱量算出方法によれば、天然ガス等の混合ガスの正確な発熱量Ｑを容易に知ることが可能となるため、混合ガスを燃焼させる場合に必要な空気量を適切に設定することが可能となる。そのため、無駄な二酸化炭素（ＣＯ2）の排出量を削減することも可能となる。
【００８８】
（実施例１）
まず、図１５に示すように発熱量Ｑの値が既知の２８種類のサンプル混合ガスを用意した。２８種類のサンプル混合ガスのそれぞれは、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）のいずれか又は全部を含んでいた。例えば、Ｎｏ．７のサンプル混合ガスは、９０ｖｏｌ％のメタン、３ｖｏｌ％のエタン、１ｖｏｌ％のプロパン、１ｖｏｌ％のブタン、４ｖｏｌ％の窒素、及び１ｖｏｌ％の二酸化炭素を含んでいた。また、Ｎｏ．８のサンプル混合ガスは、８５ｖｏｌ％のメタン、１０ｖｏｌ％のエタン、３ｖｏｌ％のプロパン、及び２ｖｏｌ％のブタンを含み、窒素及び二酸化炭素を含んでいなかった。また、Ｎｏ．９のサンプル混合ガスは、８５ｖｏｌ％のメタン、８ｖｏｌ％のエタン、２ｖｏｌ％のプロパン、１ｖｏｌ％のブタン、２ｖｏｌ％の窒素、及び２ｖｏｌ％の二酸化炭素を含んでいた。
【００８９】
次に、２８種類のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数ＭIの値を、発熱素子の発熱温度を１００℃、１５０℃、及び２００℃に設定して計測した。なお、例えばＮｏ．７のサンプル混合ガスは６種類のガス成分を含んでいるが、上述したように、エタン（Ｃ2Ｈ6）とブタン（Ｃ4Ｈ10）は、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしうるので、放熱係数ＭIの値を３種類の発熱温度で計測しても問題ない。その後、２８種類のサンプル混合ガスの発熱量Ｑの値と、計測された放熱係数ＭIの値に基づいて、サポートベクトル回帰により、放熱係数ＭIを独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数とする、発熱量Ｑを算出するための１次方程式、２次方程式、及び３次方程式を作成した。
【００９０】
発熱量Ｑを算出するための１次方程式を作成する際には、キャリブレーション・ポイントは、３乃至５個を目安に、適宜決定できる。作成された１次方程式は下記（２７）式で与えられた。２８種類のサンプル混合ガスの発熱量Ｑを（２７）式で算出し、真の発熱量Ｑと比較したところ、最大誤差は２．１％であった。
Q = 39.91 - 20.59×MI (100℃) - 0.89×MI (150℃) + 19.73×MI (200℃) ・・・(27)
【００９１】
発熱量Ｑを算出するための２次方程式を作成する際には、キャリブレーション・ポイントは、８乃至９個を目安に、適宜決定できる。２８種類のサンプル混合ガスの発熱量Ｑを作成された２次方程式で算出し、真の発熱量Ｑと比較したところ、最大誤差は１．２乃至１．４％であった。
【００９２】
発熱量Ｑを算出するための３次方程式を作成する際には、キャリブレーション・ポイントは、１０乃至１４個を目安に、適宜決定できる。２８種類のサンプル混合ガスの発熱量Ｑを作成された３次方程式で算出し、真の発熱量Ｑと比較したところ、最大誤差は１．２％未満であった。図１６及び図１７に示すように、１０個のキャリブレーション・ポイントを取って作成された３次方程式で算出された発熱量Ｑは、真の発熱量Ｑに良好に近似し、誤差はわずかであった。
【００９３】
（実施例２）
実施例１で使用したサンプル混合ガスとは異なる、発熱量Ｑの値が既知の２３種類のサンプル混合ガスをさらに用意した。ここで、発熱素子で加熱される前のサンプル混合ガスの温度を、−１０℃、５℃、２３℃、４０℃、及び５０℃に設定した。次に、放熱係数ＭIを独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数として、ガスの温度ＴIの独立変数を含まない発熱量算出式を作成した。さらに、作成した発熱量算出式を用いて、サンプル混合ガスの発熱量Ｑを算出した。すると、図１８に示すように、算出される発熱量Ｑの誤差はわずかであるものの、発熱素子で加熱される前のサンプル混合ガスの温度に応じてばらつきが生じた。
【００９４】
次に、下記（２８）式に示すように、放熱係数ＭI及びガスの温度ＴIを独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数とする発熱量算出式を作成した。
Q = 39.4 - 5.97×MI (100℃) - 30.3×MI (150℃) + 34.6×MI (200℃) + 0.331×TI ・・・(28)
さらに、作成した発熱量算出式を用いて、放熱係数ＭI及びガスの温度ＴIの独立変数に測定値を代入してサンプル混合ガスの発熱量Ｑを算出した。すると、図１９に示すように、発熱素子で加熱される前のサンプル混合ガスの温度にかかわらず、算出される発熱量Ｑの誤差のばらつきが生じなかった。なお、図１８及び図１９に示す結果は、図１及び図２に示すように、マイクロチップ８の断熱部材１８を配置し、マイクロチップ８の基板６０を６０℃に保温して得た。これに対し、断熱材１８を用いず、またマイクロチップ８の基板６０を保温しなくとも、発熱量算出式の放熱係数ＭI及びガスの温度ＴIの独立変数に測定値を代入してサンプル混合ガスの発熱量Ｑを算出すると、図２０に示すように、算出される発熱量Ｑの誤差のばらつきはわずかであった。したがって、発熱量算出式に放熱係数ＭIの独立変数のみならずガスの温度ＴIの独立変数を加え、ガスの温度ＴIの独立変数に測定値を代入することにより、より高精度に発熱量Ｑが算出可能であることが示された。
【００９５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、第１及び第４の実施の形態においては、発熱素子の複数の発熱温度における混合ガスの放熱係数ＭIの値を用いたが、代わりに、混合ガスの複数の発熱温度における熱伝導率を用いて、発熱量算出式の作成及び発熱量Ｑの算出を行ってもよい。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００９６】
８ マイクロチップ
１０ 計測機構
１８ 断熱部材
２０，２１ ガス物性値測定システム
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ ガス圧調節器
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ 流量制御装置
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ ガスボンベ
６０ 基板
６１ 発熱素子
６２ 第１の測温素子
６３ 第２の測温素子
６４ 第３の測温素子
６５ 絶縁膜
６６ キャビティ
９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄ，９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃ，９２Ｄ，９３，１０２，１０３ 流路
１０１ チャンバ
１６１，１６２，１６３，１６４，１６５，１８１，１８２，１８３ 抵抗素子
１７０，１７１ オペアンプ
３０１ 放熱係数算出モジュール
３０２ 式作成モジュール
３０３ 駆動回路
３０５ 発熱量算出モジュール
３１２ 入力装置
３１３ 出力装置
３２２ 熱伝導率算出モジュール
３２３ 濃度算出モジュール
４０１ 放熱係数記憶装置
４０２ 式記憶装置
４０３ 発熱量記憶装置
４１１ 熱伝導率記憶装置
４１２ 濃度記憶装置
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス検査技術に係り、発熱量算出式作成システム、発熱量算出式の作成方法、発熱量測定システム、及び発熱量の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、混合ガスの発熱量を求める際には、高価なガスクロマトグラフィ装置等を用いて混合ガスの成分を分析する必要がある。また、混合ガスの熱伝導率及び混合ガスにおける音速を測定することにより、混合ガスに含まれるメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び炭酸ガス（ＣＯ2）の成分比率を算出し、混合ガスの発熱量を求める方法も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００４−５１４１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示された方法は、熱伝導率を測定するためのセンサの他に、音速を測定するための高価な音速センサが必要である。そこで、本発明は、ガスの発熱量を容易に測定可能な発熱量算出式作成システム、発熱量算出式の作成方法、発熱量測定システム、及び発熱量の測定方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様によれば、（ａ）複数種類のガス成分を含む複数の混合ガスのそれぞれを加熱する発熱素子と、（ｂ）複数の混合ガスのそれぞれのガス温度の値、及び発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの複数の混合ガスのそれぞれの物性の値を計測する計測機構と、（ｃ）複数の混合ガスのそれぞれの既知の発熱量の値、計測されたガス温度の値、及び複数の発熱温度に対して計測された物性の値に基づいて、ガス温度及び複数の発熱温度に対する物性を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成する式作成モジュールと、を備える、発熱量算出式作成システムが提供される。なお、物性とは、例えば放熱係数又は熱伝導率である。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、（ａ）複数種類のガス成分を含む複数の混合ガスを準備することと、（ｂ）複数の混合ガスのそれぞれのガス温度の値を計測することと、（ｃ）発熱素子を複数の発熱温度で発熱させたときの複数の混合ガスのそれぞれの物性の値を計測することと、（ｄ）複数の混合ガスのそれぞれの既知の発熱量の値、計測されたガス温度の値、及び複数の発熱温度に対して計測された物性の値に基づいて、ガス温度及び複数の発熱温度に対する物性を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成することと、を含む、発熱量算出式の作成方法が提供される。
【０００７】
本発明のさらに他の態様によれば、（ａ）発熱量が未知の計測対象混合ガスのガス温度の値、及び発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの計測対象混合ガスの物性の値を計測する計測機構と、（ｂ）ガス温度及び複数の発熱温度に対する物性を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置と、（ｃ）発熱量算出式のガス温度の独立変数及び複数の発熱温度に対する物性の独立変数に、計測対象混合ガスのガス温度の値及び複数の発熱温度に対する計測対象混合ガスの物性の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する発熱量算出モジュールと、を備える、発熱量測定システムが提供される。なお、物性とは、例えば放熱係数又は熱伝導率である。
【０００８】
本発明のまたさらに他の態様によれば、（ａ）発熱量が未知の計測対象混合ガスのガス温度の値、及び発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの計測対象混合ガスの物性の値を計測することと、（ｂ）ガス温度及び複数の発熱温度に対する物性を独立変数とし、発熱量を従属変数とする発熱量算出式を用意することと、（ｃ）発熱量算出式のガス温度の独立変数及び複数の発熱温度に対する物性の独立変数に、計測対象混合ガスのガス温度の値及び複数の発熱温度に対する計測対象混合ガスの物性の値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量の値を算出することと、を含む、発熱量の測定方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ガスの発熱量を容易に測定可能な発熱量算出式作成システム、発熱量算出式の作成方法、発熱量測定システム、及び発熱量の測定方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロチップの斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロチップの図１のＩＩ−ＩＩ方向から見た断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る発熱素子に関する回路図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る測温素子に関する回路図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る発熱素子の発熱温度と、ガスの放熱係数の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係るガス物性値測定システムの第１の模式図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係るガス物性値測定システムの第２の模式図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るガス物性値測定システムを示す模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る熱伝導率と放熱係数との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るガス物性値測定システムを示す模式図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係るガスの濃度と放熱係数との関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係るガス物性値測定システムを示す模式図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る発熱量の測定方法を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態の実施例１に係るサンプル混合ガスの組成と、発熱量と、を示す表である。
【図１６】本発明の実施の形態の実施例１に係るサンプル混合ガスの算出された発熱量と、真の発熱量と、を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施の形態の実施例１に係るサンプル混合ガスの真の発熱量と、算出された発熱量と、の関係を示すグラフである。
【図１８】本発明の実施の形態の実施例２に係るサンプル混合ガスの算出された発熱量の真値からの誤差を示す第１のグラフである。
【図１９】本発明の実施の形態の実施例２に係るサンプル混合ガスの算出された発熱量の真値からの誤差を示す第２のグラフである。
【図２０】本発明の実施の形態の実施例２に係るサンプル混合ガスの算出された発熱量の真値からの誤差を示す第３のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１２】
（第１の実施の形態）
まず、斜視図である図１、及びＩＩ−ＩＩ方向から見た断面図である図２を参照して、第１の実施の形態に係るガス物性値測定システムに用いられるマイクロチップ８について説明する。マイクロチップ８は、キャビティ６６が設けられた基板６０、及び基板６０上にキャビティ６６を覆うように配置された絶縁膜６５を備える。基板６０の厚みは、例えば０．５ｍｍである。また、基板６０の縦横の寸法は、例えばそれぞれ１．５ｍｍ程度である。絶縁膜６５のキャビティ６６を覆う部分は、断熱性のダイアフラムをなしている。さらにマイクロチップ８は、絶縁膜６５のダイアフラムの部分に設けられた発熱素子６１と、発熱素子６１を挟むように絶縁膜６５のダイアフラムの部分に設けられた第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３と、基板６０上に設けられた第３の測温素子６４と、を備える。
【００１３】
発熱素子６１は、キャビティ６６を覆う絶縁膜６５のダイアフラムの部分の中心に配置されている。発熱素子６１は、例えば抵抗器であり、電力を与えられて発熱し、発熱素子６１に接する雰囲気ガスを加熱する。第１の測温素子６２、第２の測温素子６３、及び第３の測温素子６４のそれぞれは、例えば抵抗器であり、発熱素子６１が発熱する前の雰囲気ガスのガス温度を検出する。なお、第１の測温素子６２、第２の測温素子６３、及び第３の測温素子６４のいずれかのみを用いてガス温度を検出してもよい。あるいは、第１の測温素子６２が検出したガス温度と、第２の測温素子６３が検出したガス温度と、の平均値を、ガス温度として採用してもよい。以下においては、第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３が検出したガス温度の平均値をガス温度として採用する例を説明するが、これに限定されない。
【００１４】
基板６０の材料としては、シリコン（Ｓｉ）等が使用可能である。絶縁膜６５の材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等が使用可能である。キャビティ６６は、異方性エッチング等により形成される。また発熱素子６１、第１の測温素子６２、第２の測温素子６３、及び第３の測温素子６４のそれぞれの材料には白金（Ｐｔ）等が使用可能であり、リソグラフィ法等により形成可能である。
【００１５】
図３に示すように、発熱素子６１の一端には、例えば、オペアンプ１７０の＋入力端子が電気的に接続され、他端は接地される。また、オペアンプ１７０の＋入力端子及び出力端子と並列に、抵抗素子１６１が接続される。オペアンプ１７０の−入力端子は、直列に接続された抵抗素子１６２と抵抗素子１６３との間、直列に接続された抵抗素子１６３と抵抗素子１６４との間、直列に接続された抵抗素子１６４と抵抗素子１６５との間、又は抵抗素子１６５の接地端子に電気的に接続される。各抵抗素子１６２−１６５の抵抗値を適当に定めることにより、例えば５．０Ｖの電圧Ｖｉｎを抵抗素子１６２の一端に印加すると、抵抗素子１６３と抵抗素子１６２との間には、例えば２．４Ｖの電圧ＶL3が生じる。また、抵抗素子１６４と抵抗素子１６３との間には、例えば１．９Ｖの電圧ＶL2が生じ、抵抗素子１６５と抵抗素子１６４との間には、例えば１．４Ｖの電圧ＶL1が生じる。
【００１６】
抵抗素子１６２及び抵抗素子１６３の間と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ１が設けられており、抵抗素子１６３及び抵抗素子１６４の間と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ２が設けられている。また、抵抗素子１６４及び抵抗素子１６５の間と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ３が設けられており、抵抗素子１６５の接地端子と、オペアンプの−入力端子との間には、スイッチＳＷ４が設けられている。
【００１７】
オペアンプ１７０の−入力端子に２．４Ｖの電圧ＶL3を印加する場合、スイッチＳＷ１のみが通電され、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４は切断される。オペアンプ１７０の−入力端子に１．９Ｖの電圧ＶL2を印加する場合、スイッチＳＷ２のみが通電され、スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４は切断される。オペアンプ１７０の−入力端子に１．４Ｖの電圧ＶL1を印加する場合、スイッチＳＷ３のみが通電され、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４は切断される。オペアンプ１７０の−入力端子に０Ｖの電圧ＶL0を印加する場合、スイッチＳＷ４のみが通電され、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は切断される。したがって、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４の開閉によって、オペアンプ１７０の−入力端子に０Ｖ又は３段階の電圧のいずれかを印加可能である。そのため、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４の開閉によって、発熱素子６１の発熱温度を定める印加電圧を３段階に設定可能である。
【００１８】
図１及び図２に示す発熱素子６１は、温度によって抵抗値が変化する。発熱素子６１の発熱温度ＴHと、発熱素子６１の抵抗値ＲHの関係は、下記（１）式で与えられる。
RH = RSTD×[1+α(TH-TSTD) + β(TH-TSTD)2] ・・・(1)
ここで、ＴSTDは標準温度を表し、例えば２０℃である。ＲSTDは標準温度ＴSTDにおける予め計測された抵抗値を表す。αは１次の抵抗温度係数、βは２次の抵抗温度係数を表す。また、発熱素子６１の抵抗値ＲHは、発熱素子６１の駆動電力ＰHと、発熱素子６１の通電電流ＩHから、下記（２）式で与えられる。
RH = PH / IH2 ・・・(2)
あるいは発熱素子６１の抵抗値ＲHは、発熱素子６１にかかる電圧ＶHと、発熱素子６１の通電電流ＩHから、下記（３）式で与えられる。
RH = VH / IH ・・・(3)
【００１９】
ここで、発熱素子６１の発熱温度ＴHは、発熱素子６１と雰囲気ガスの間が熱的に平衡になったときに安定する。なお、熱的に平衡な状態とは、発熱素子６１の発熱と、発熱素子６１から雰囲気ガスへの放熱とが釣り合っている状態をいう。平衡状態において、下記（４）式に示すように、発熱素子６１の駆動電力ＰHを、発熱素子６１の発熱温度ＴHと雰囲気ガスの温度ＴIとの差で割ることにより、雰囲気ガスの放熱係数ＭIが得られる。なお、放熱係数ＭIの単位は、例えばＷ／℃である。
MI = PH / (TH - TI) ・・・(4)
【００２０】
発熱素子６１の通電電流ＩHと、駆動電力ＰH又は電圧ＶHは計測可能であるため、上記（１）乃至（３）式から発熱素子６１の発熱温度ＴHが算出可能である。また、雰囲気ガスの温度ＴIは、図１に示す第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３で測定可能である。したがって、図１及び図２に示すマイクロチップ８を用いて、雰囲気ガスの放熱係数ＭIが算出可能である。
【００２１】
マイクロチップ８は、マイクロチップ８の底面に配置された断熱部材１８を介して、雰囲気ガスが充填されるチャンバ等に固定される。断熱部材１８を介してマイクロチップ８をチャンバ等に固定することにより、マイクロチップ８の温度が、チャンバ等の内壁の温度変動の影響を受けにくくなる。断熱部材１８はガラス等からなり、熱伝導率は、例えば１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。
【００２２】
図４に示すように、第１の測温素子６２の一端には、例えば、オペアンプ２７０の−入力端子が電気的に接続され、他端は接地される。また、オペアンプ２７０の−入力端子及び出力端子と並列に、抵抗素子２６１が接続される。オペアンプ２７０の＋入力端子は、直列に接続された抵抗素子２６４と抵抗素子２６５との間に電気的に接続される。これにより、第１の測温素子６２には、０．３Ｖ程度の弱い電圧が加えられる。
【００２３】
ここで、雰囲気ガスが混合ガスであり、混合ガスが、ガスＡ、ガスＢ、ガスＣ、及びガスＤの４種類のガス成分からなっていると仮定する。ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDの総和は、下記（５）式で与えられるように、１である。
VA+VB+VC+VD=1 ・・・(5)
【００２４】
また、ガスＡの単位体積当たりの発熱量をＫA、ガスＢの単位体積当たりの発熱量をＫB、ガスＣの単位体積当たりの発熱量をＫC、ガスＤの単位体積当たりの発熱量をＫDとすると、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、各ガス成分の体積率に、各ガス成分の単位体積当たりの発熱量を乗じたものの総和で与えられる。したがって、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、下記（６）式で与えられる。なお、単位体積当たりの発熱量の単位は、例えばＭＪ／ｍ3である。
Q = KA×VA+ KB×VB+ KC×VC+KD×VD ・・・(6)
【００２５】
また、ガスＡの放熱係数をＭA、ガスＢの放熱係数をＭB、ガスＣの放熱係数をＭC、ガスＤの放熱係数をＭDとすると、混合ガスの放熱係数ＭIは、各ガス成分の体積率に、各ガス成分の放熱係数を乗じたものの総和で与えられる。したがって、混合ガスの放熱係数ＭIは、下記（７）式で与えられる。
MI = MA×VA+ MB×VB+ MC×VC+MD×VD ・・・(7)
【００２６】
さらに、ガスの放熱係数は発熱素子６１の発熱温度ＴHに依存するので、混合ガスの放熱係数ＭIは、発熱素子６１の発熱温度ＴHの関数として、下記（８）式で与えられる。
MI (TH)= MA(TH)×VA+ MB(TH)×VB+ MC(TH)×VC+MD(TH)×VD ・・・(8)
【００２７】
したがって、発熱素子６１の発熱温度がＴH1のときの混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1）は下記（９）式で与えられる。また、発熱素子６１の発熱温度がＴH2のときの混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH2）は下記（１０）式で与えられ、発熱素子６１の発熱温度がＴH3のときの混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH3）は下記（１１）式で与えられる。なお、発熱温度ＴH1、発熱温度ＴH2、発熱温度ＴH3は異なる温度である。
MI (TH1)= MA(TH1)×VA+ MB(TH1)×VB+ MC(TH1)×VC+MD(TH1)×VD ・・・(9)
MI (TH2)= MA(TH2)×VA+ MB(TH2)×VB+ MC(TH2)×VC+MD(TH2)×VD ・・・(10)
MI (TH3)= MA(TH3)×VA+ MB(TH3)×VB+ MC(TH3)×VC+MD(TH3)×VD ・・・(11)
【００２８】
ここで、発熱素子６１の発熱温度ＴHに対して各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH），ＭB（ＴH），ＭC（ＴH），ＭD（ＴH）が非線形性を有する場合、上記（９）乃至（１１）式は、線形独立な関係を有する。また、発熱素子６１の発熱温度ＴHに対して各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH），ＭB（ＴH），ＭC（ＴH），ＭD（ＴH）が線形性を有する場合でも、発熱素子６１の発熱温度ＴHに対する各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH），ＭB（ＴH），ＭC（ＴH），ＭD（ＴH）の変化率が異なる場合は、上記（９）乃至（１１）式は、線形独立な関係を有する。さらに、（９）乃至（１１）式が線形独立な関係を有する場合、（５）式及び（９）乃至（１１）式は線形独立な関係を有する。
【００２９】
図５は、天然ガスに含まれるメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の放熱係数と発熱素子６１の発熱温度の関係を示すグラフである。発熱素子６１の発熱温度に対して、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）のそれぞれのガス成分の放熱係数は線形性を有する。しかし、発熱素子６１の発熱温度に対する放熱係数の変化率は、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）のそれぞれで異なる。したがって、混合ガスを構成するガス成分がメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）であるである場合、上記（９）乃至（１１）式は、線形独立な関係を有する。
【００３０】
（９）乃至（１１）式中の各ガス成分の放熱係数ＭA（ＴH1），ＭB（ＴH1），ＭC（ＴH1），ＭD（ＴH1），ＭA（ＴH2），ＭB（ＴH2），ＭC（ＴH2），ＭD（ＴH2），ＭA（ＴH3），ＭB（ＴH3），ＭC（ＴH3），ＭD（ＴH3）の値は、計測等により予め得ることが可能である。したがって、（５）式及び（９）乃至（１１）式の連立方程式を解くと、ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDのそれぞれが、下記（１２）乃至（１５）式に示すように、混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）の関数として与えられる。なお、下記（１２）乃至（１５）式において、ｎを自然数としてｆnは、関数を表す記号である。
VA=f1[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(12)
VB=f2[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(13)
VC=f3[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(14)
VD=f4[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3)] ・・・(15)
【００３１】
さらに、ボイルシャルルの法則により、ガスの体積はガスそのものの温度に比例する。ここで、例えば、発熱素子６１を発熱させる前の混合ガスの温度をＴIとすると、ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDのそれぞれは、下記（１６）乃至（１９）式に示すように、混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）及び混合ガスの温度ＴIの関数として与えられる。
VA=f1[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), TI ] ・・・(16)
VB=f2[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), TI ] ・・・(17)
VC=f3[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), TI ] ・・・(18)
VD=f4[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), TI ] ・・・(19)
【００３２】
ここで、上記（６）式に（１６）乃至（１９）式を代入することにより、下記（２０）式が得られる。
Q = KA×VA+ KB×VB+ KC×VC+KD×VD
= KA×f1[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3) , TI ]
+ KB×f2[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3) , TI ]
+ KC×f3[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3) , TI ]
+ KD×f4[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3) , TI ] ・・・(20)
【００３３】
上記（２０）式から明らかなように、混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑは、発熱素子６１の発熱温度がＴH1，ＴH2，ＴH3である場合の混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）と、混合ガスの温度ＴIと、を変数とする方程式で与えられる。したがって、混合ガスの発熱量Ｑは、ｇを関数を表す記号として、下記（２１）式で与えられる。
Q = g[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3) , TI ] ・・・(21)
【００３４】
よって、ガスＡ、ガスＢ、ガスＣ、及びガスＤからなる混合ガスについて、予め上記（２１）式を得れば、ガスＡの体積率ＶA、ガスＢの体積率ＶB、ガスＣの体積率ＶC、及びガスＤの体積率ＶDが未知の検査対象混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑを容易に算出可能であることを、発明者らは見出した。具体的には、発熱素子６１の発熱温度がＴH1，ＴH2，ＴH3である場合の検査対象混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3）と、検査対象混合ガスの温度ＴIと、を計測し、（２１）式に代入することにより、検査対象混合ガスの発熱量Ｑを一意に求めることが可能となる。
【００３５】
なお、混合ガスのガス成分は、４種類に限定されることはない。例えば、混合ガスがｎ種類のガス成分からなる場合、まず、下記（２２）式で与えられる、発熱素子６１の少なくともｎ−１種類の発熱温度ＴH1，ＴH2，ＴH3，・・・，ＴHn-1に対する混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3），・・・，ＭI（ＴHn-1）と、混合ガスの温度ＴIと、を変数とする方程式を予め取得する。そして、発熱素子６１のｎ−１種類の発熱温度ＴH1，ＴH2，ＴH3，・・・，ＴHn-1に対する、ｎ種類のガス成分のそれぞれの体積率が未知の検査対象混合ガスの放熱係数ＭI（ＴH1），ＭI（ＴH2），ＭI（ＴH3），・・・，ＭI（ＴHn-1）と、検査対象混合ガスの温度ＴIと、を計測し、（２２）式に代入することにより、検査対象混合ガスの単位体積当たりの発熱量Ｑを一意に求めることが可能となる。
Q = g[MI (TH1), MI (TH2), MI (TH3), ・・・, MI (THn-1) , TI ] ・・・(22)
【００３６】
ただし、混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えて、ｊを自然数として、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）を、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしても、（２２）式の算出には影響しない。例えば、エタン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、ペンタン（Ｃ5Ｈ12）、ヘキサン（Ｃ6Ｈ14）を、下記（２３）乃至（２６）式に示すように、それぞれ所定の係数を掛けられたメタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなして（２２）式を算出してもかまわない。
C2H6 = 0.5 CH4 + 0.5 C3H8 ・・・(23)
C4H10 = -0.5 CH4 + 1.5 C3H8 ・・・(24)
C5H12 = -1.0 CH4 + 2.0 C3H8 ・・・(25)
C6H14 = -1.5 CH4 + 2.5 C3H8 ・・・(26)
【００３７】
したがって、ｚを自然数として、ｎ種類のガス成分からなる混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えて、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のｚ種類のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合、少なくともｎ−ｚ−１種類の発熱温度における混合ガスの放熱係数ＭIを変数とする方程式を求めてもよい。
【００３８】
なお、（２２）式の算出に用いられた混合ガスのガス成分の種類と、単位体積当たりの発熱量Ｑが未知の検査対象混合ガスのガス成分の種類が同じ場合に、検査対象混合ガスの発熱量Ｑの算出に（２２）式を利用可能であることはもちろんである。さらに、検査対象混合ガスがｎ種類より少ない種類のガス成分からなり、かつ、ｎ種類より少ない種類のガス成分が、（２２）式の算出に用いられた混合ガスに含まれている場合も、（２２）式を利用可能である。例えば、（２２）式の算出に用いられた混合ガスが、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の４種類のガス成分を含む場合、検査対象混合ガスが、窒素（Ｎ2）を含まず、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の３種類のガス成分のみを含む場合も、検査対象混合ガスの発熱量Ｑの算出に（２２）式を利用可能である。
【００３９】
さらに、（２２）式の算出に用いられた混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）を含む場合、検査対象混合ガスが、（２２）式の算出に用いられた混合ガスに含まれていないアルカン（ＣjＨ2j+2）を含んでいても、（２２）式を利用可能である。これは、上述したように、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）を、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしても、（２２）式を用いた単位体積当たりの発熱量Ｑの算出に影響しないためである。
【００４０】
ここで、図６に示す第１の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０は、発熱量Ｑの値が既知のサンプル混合ガスが充填されるチャンバ１０１と、図１及び図２に示す発熱素子６１、第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３を用いて、サンプル混合ガスの複数の放熱係数ＭIの値及びサンプル混合ガスの温度ＴIの値を計測する図６に示す計測機構１０と、を備える。さらに、ガス物性値測定システムは、サンプル混合ガスの既知の発熱量Ｑの値、サンプル混合ガスの複数の放熱係数ＭIの値、及びサンプル混合ガスの温度ＴIの値に基づいて、発熱素子６１の複数の発熱温度に対するガスの放熱係数ＭI及びガスの温度ＴIを独立変数とし、ガスの発熱量Ｑを従属変数とする発熱量算出式を作成する式作成モジュール３０２を備える。なお、サンプル混合ガスは、複数種類のガス成分を含む。
【００４１】
計測機構１０は、サンプル混合ガスが注入されるチャンバ１０１内に配置された、図１及び図２を用いて説明したマイクロチップ８を備える。マイクロチップ８は、断熱部材１８を介してチャンバ１０１内に配置されている。チャンバ１０１には、サンプル混合ガスをチャンバ１０１に送るための流路１０２と、サンプル混合ガスをチャンバ１０１から外部に排出するための流路１０３と、が接続されている。
【００４２】
それぞれ発熱量Ｑが異なる４種類のサンプル混合ガスが使用される場合、図７に示すように、第１のサンプル混合ガスを貯蔵する第１のガスボンベ５０Ａ、第２のサンプル混合ガスを貯蔵する第２のガスボンベ５０Ｂ、第３のサンプル混合ガスを貯蔵する第３のガスボンベ５０Ｃ、及び第４のサンプル混合ガスを貯蔵する第４のガスボンベ５０Ｄが用意される。第１のガスボンベ５０Ａには、流路９１Ａを介して、第１のガスボンベ５０Ａから例えば０．２ＭＰａ等の低圧に調節された第１のサンプル混合ガスを得るための第１のガス圧調節器３１Ａが接続されている。また、第１のガス圧調節器３１Ａには、流路９２Ａを介して、第１の流量制御装置３２Ａが接続されている。第１の流量制御装置３２Ａは、流路９２Ａ及び流路１０２を介してガス物性値測定システム２０に送られる第１のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００４３】
第２のガスボンベ５０Ｂには、流路９１Ｂを介して、第２のガス圧調節器３１Ｂが接続されている。また、第２のガス圧調節器３１Ｂには、流路９２Ｂを介して、第２の流量制御装置３２Ｂが接続されている。第２の流量制御装置３２Ｂは、流路９２Ｂ，９３，１０２を介してガス物性値測定システム２０に送られる第２のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００４４】
第３のガスボンベ５０Ｃには、流路９１Ｃを介して、第３のガス圧調節器３１Ｃが接続されている。また、第３のガス圧調節器３１Ｃには、流路９２Ｃを介して、第３の流量制御装置３２Ｃが接続されている。第３の流量制御装置３２Ｃは、流路９２Ｃ，９３，１０２を介してガス物性値測定システム２０に送られる第３のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００４５】
第４のガスボンベ５０Ｄには、流路９１Ｄを介して、第４のガス圧調節器３１Ｄが接続されている。また、第４のガス圧調節器３１Ｄには、流路９２Ｄを介して、第４の流量制御装置３２Ｄが接続されている。第４の流量制御装置３２Ｄは、流路９２Ｄ，９３，１０２を介してガス物性値測定システム２０に送られる第４のサンプル混合ガスの流量を制御する。
【００４６】
第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれは、例えば天然ガスである。第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれは、例えばメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）の４種類のガス成分を含む。
【００４７】
第１のサンプル混合ガスがチャンバ１０１に充填された後、マイクロチップ８の図１及び図２に示す第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３は、発熱素子６１が発熱する前の第１のサンプル混合ガスの温度ＴIを検出する。その後、発熱素子６１は、図６に示す駆動回路３０３から駆動電力ＰHを与えられる。駆動電力ＰHを与えられることにより、図１及び図２に示す発熱素子６１は、例えば、１００℃、１５０℃、及び２００℃で発熱する。
【００４８】
図６に示すチャンバ１０１から第１のサンプル混合ガスが除去された後、第２乃至第４のサンプル混合ガスがチャンバ１０１に順次充填される。第２乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれがチャンバ１０１に充填された後、マイクロチップ８は、第２乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの温度ＴIを検出する。また、図１及び図２に示す発熱素子６１は、駆動電力ＰHを与えられ、１００℃、１５０℃、及び２００℃で発熱する。
【００４９】
なお、それぞれのサンプル混合ガスがｎ種類のガス成分を含む場合、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱素子６１は、少なくともｎ−１種類の異なる発熱温度で発熱させられる。ただし、上述したように、メタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）以外のアルカン（ＣjＨ2j+2）は、メタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしうる。したがって、ｚを自然数として、ｎ種類のガス成分からなるサンプル混合ガスが、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）及びプロパン（Ｃ3Ｈ8）に加えてｚ種類のアルカン（ＣjＨ2j+2）を含む場合は、発熱素子６１は、少なくともｎ−ｚ−１種類の異なる発熱温度で発熱させられる。
【００５０】
さらに図６に示す計測機構１０は、マイクロチップ８に接続された放熱係数算出モジュール３０１を備える。放熱係数算出モジュール３０１は、上記（４）式に示すように、図１及び図２に示すマイクロチップ８の発熱素子６１の第１の駆動電力ＰH1を、発熱素子６１の第１の発熱温度ＴH（ここでは１００℃）と、第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの温度ＴIと、の差で割る。これにより、発熱温度が１００℃の発熱素子６１と熱的に平衡な第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数ＭIの値が算出される。
【００５１】
また、図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱素子６１の第２の駆動電力ＰH2を、発熱素子６１の第２の発熱温度ＴH（ここでは１５０℃）と、第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの温度ＴIと、の差で割る。これにより、発熱温度が１５０℃の発熱素子６１と熱的に平衡な第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数ＭIの値が算出される。
【００５２】
さらに、図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱素子６１の第３の駆動電力ＰH3を、発熱素子６１の第３の発熱温度ＴH（ここでは２００℃）と、第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの温度ＴIと、の差で割る。これにより、発熱温度が２００℃の発熱素子６１と熱的に平衡な第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数ＭIの値が算出される。
【００５３】
図６に示すガス物性値測定システム２０は、ＣＰＵ３００に接続された放熱係数記憶装置４０１をさらに備える。放熱係数算出モジュール３０１は、測定されたガスの温度の値ＴIと、算出した放熱係数ＭIの値と、を放熱係数記憶装置４０１に保存する。
【００５４】
式作成モジュール３０２は、例えば第１乃至第４のサンプル混合ガスのそれぞれの既知の発熱量Ｑの値と、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の複数のガスの放熱係数ＭIの値と、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合の複数のガスの放熱係数ＭIの値と、発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合の複数のガスの放熱係数ＭIの値と、複数のガスの温度ＴIの値と、を収集する。さらに式作成モジュール３０２は、収集した発熱量Ｑ、複数の放熱係数ＭI、及び複数のガスの温度ＴIの値に基づいて、多変量解析により、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の放熱係数ＭI、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合の放熱係数ＭI、発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合の放熱係数ＭI、及びガスの温度ＴIを独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数とする発熱量算出式を算出する。
【００５５】
なお、「多変量解析」とは、Ａ． Ｊ Ｓｍｏｌａ及びＢ． Ｓｃｈｏｌｋｏｐｆ著の「Ａ Ｔｕｔｏｒｉａｌ ｏｎ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ」（ＮｅｕｒｏＣＯＬＴ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ （ＮＣ−ＴＲ−９８−０３０）、１９９８年）に開示されているサポートベクトル回帰、重回帰分析、及び特開平５−１４１９９９号公報に開示されているファジィ数量化理論ＩＩ類等を含む。また、放熱係数算出モジュール３０１及び式作成モジュール３０２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００に含まれている。
【００５６】
ガス物性値測定システム２０は、ＣＰＵ３００に接続された式記憶装置４０２をさらに備える。式記憶装置４０２は、式作成モジュール３０２が作成した発熱量算出式を保存する。さらにＣＰＵ３００には、入力装置３１２及び出力装置３１３が接続される。入力装置３１２としては、例えばキーボード、及びマウス等のポインティングデバイス等が使用可能である。出力装置３１３には液晶ディスプレイ、モニタ等の画像表示装置、及びプリンタ等が使用可能である。
【００５７】
次に、図８に示すフローチャートを用いて第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法について説明する。なお、以下の例では、第１乃至第４のサンプル混合ガスを準備し、図６に示すマイクロチップ８の発熱素子６１を、１００℃、１５０℃、及び２００℃に発熱させる場合を説明する。
【００５８】
（ａ）ステップＳ１００で、図７に示す第２乃至第４の流量制御装置３２Ｂ−３２Ｄの弁を閉じたまま、第１の流量制御装置３２Ａの弁を開き、図６に示すチャンバ１０１内に第１のサンプル混合ガスを導入する。ステップＳ１０１で、第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３は、第１のサンプル混合ガスの温度ＴIを検出する。その後、図６に示す駆動回路３０３は、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱素子６１に第１の駆動電力ＰH1を与え、発熱素子６１を１００℃で発熱させる。さらに、図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の第１のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出する。その後、放熱係数算出モジュール３０１は、第１のサンプル混合ガスの温度ＴIの値と、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の放熱係数ＭIの値と、を放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱素子６１に対する第１の駆動電力ＰH1の提供を停止する。
【００５９】
（ｂ）ステップＳ１０２で、駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱素子６１の発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度１５０℃及び発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ１０１に戻り、図６に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱素子６１を１５０℃で発熱させる。図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合の第１のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱素子６１に対する駆動電力の供給を停止する。
【００６０】
（ｃ）再びステップＳ１０２で、図１及び図２に示す発熱素子６１の発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ１０１に戻り、図６に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱素子６１を２００℃で発熱させる。図６に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合の第１のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱素子６１に対する駆動電力の供給を停止する。
【００６１】
（ｄ）発熱素子６１の発熱温度の切り替えが完了した場合には、ステップＳ１０２からステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３で、サンプル混合ガスの切り替えが完了したか否かを判定する。第２乃至第４のサンプル混合ガスへの切り替えが完了していない場合には、ステップＳ１００に戻る。ステップＳ１００で、図７に示す第１の流量制御装置３２Ａを閉じ、第３乃至第４の流量制御装置３２Ｃ−３２Ｄの弁を閉じたまま第２の流量制御装置３２Ｂの弁を開き、図６に示すチャンバ１０１内に第２のサンプル混合ガスを導入する。
【００６２】
（ｅ）第１のサンプル混合ガスと同様に、ステップＳ１０１乃至ステップＳ１０２のループが繰り返される。まず、第２のサンプル混合ガスの温度ＴIの値が測定される。また、放熱係数算出モジュール３０１が、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の第２のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合の第２のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値、及び発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合の第２のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出する。さらに放熱係数算出モジュール３０１は、測定した第２のサンプル混合ガスの温度ＴIの値と、算出した放熱係数ＭIの値と、を放熱係数記憶装置４０１に保存する。
【００６３】
（ｆ）その後、ステップＳ１００乃至ステップＳ１０３のループが繰り返される。これにより、第３のサンプル混合ガスの温度ＴIの値及び発熱素子６１の発熱温度が１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれの場合の第３のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値と、第４のサンプル混合ガスの温度ＴIの値及び発熱素子６１の発熱温度が１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれの場合の第４のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値とが、放熱係数記憶装置４０１に保存される。ステップＳ１０４で、入力装置３１２から式作成モジュール３０２に、第１のサンプル混合ガスの既知の発熱量Ｑの値、第２のサンプル混合ガスの既知の発熱量Ｑの値、第３のサンプル混合ガスの既知の発熱量Ｑの値、及び第４のサンプル混合ガスの既知の発熱量Ｑの値を入力する。また、式作成モジュール３０２は、放熱係数記憶装置４０１から、第１乃至第４のサンプル混合ガスの温度ＴIの値と、発熱素子６１の発熱温度が１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれの場合の第１乃至第４のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値と、を読み出す。
【００６４】
（ｇ）ステップＳ１０５で、第１乃至第４のサンプル混合ガスの発熱量Ｑの値と、第１乃至第４のサンプル混合ガスの温度ＴIの値と、発熱素子６１の発熱温度が１００℃、１５０℃、２００℃のそれぞれの場合の第１乃至第４のサンプル混合ガスの放熱係数ＭIの値と、に基づいて、式作成モジュール３０２は、重回帰分析を行う。重回帰分析により、式作成モジュール３０２は、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の放熱係数ＭI、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合の放熱係数ＭI、発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合の放熱係数ＭI、及びガスの温度ＴIを独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数とする発熱量算出式を算出する。その後、ステップＳ１０６で、式作成モジュール３０２は作成した発熱量算出式を式記憶装置４０２に保存し、第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法が終了する。
【００６５】
以上示したように、第１の実施の形態に係る発熱量算出式の作成方法によれば、計測対象混合ガスの発熱量Ｑの値を一意に算出可能な発熱量算出式を作成することが可能となる。
【００６６】
（第２の実施の形態）
図９に示すように、第２の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０のＣＰＵ３００には、熱伝導率記憶装置４１１が接続されている。ここで、図１０は、発熱素子に２ｍＡ、２．５ｍＡ、及び３ｍＡの電流を流した際の、混合ガスの放熱係数ＭIと、熱伝導率と、の関係を示す。図１０に示すように、混合ガスの放熱係数ＭIと熱伝導率は一般に比例関係にある。そこで、図９に示す熱伝導率記憶装置４１１は、チャンバ１０１に導入されるガスの放熱係数ＭIと熱伝導率との対応関係を、近似式あるいはテーブル等で予め保存する。
【００６７】
第２の実施の形態に係るＣＰＵ３００は、熱伝導率算出モジュール３２２をさらに含む。熱伝導率算出モジュール３２２は、放熱係数記憶装置４０１から放熱係数ＭIの値を読み出し、熱伝導率記憶装置４１１からガスの放熱係数ＭIと熱伝導率との対応関係を読み出す。さらに熱伝導率算出モジュール３２２は、ガスの放熱係数ＭIの値と、ガスの放熱係数ＭI及び熱伝導率の対応関係とに基づいて、チャンバ１０１に導入されたガスの熱伝導率を算出する。
【００６８】
第２の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０のその他の構成要素は、第１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。第２の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０によれば、放熱係数ＭIに基づいて、ガスの正確な熱伝導率の値を算出することが可能となる。
【００６９】
（第３の実施の形態）
図１１に示すように、第３の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０のＣＰＵ３００には、濃度記憶装置４１２がさらに接続されている。ここで、図１２は、ガス温度ＴIが０℃、２０℃、及び４０℃のときのプロパンガスの放熱係数ＭIと、濃度と、の関係を示す。図１２に示すように、ガスの放熱係数ＭIと、ガスの濃度とは、一般に比例関係にある。そこで、図１１に示す濃度記憶装置４１２は、チャンバ１０１に導入されるガスの放熱係数ＭIと、濃度と、の対応関係を、近似式あるいはテーブル等で予め保存する。
【００７０】
第３の実施の形態に係るＣＰＵ３００は、濃度算出モジュール３２３をさらに含む。濃度算出モジュール３２３は、放熱係数記憶装置４０１から放熱係数ＭIの値を読み出し、濃度記憶装置４１２からガスの放熱係数ＭIと、濃度と、の対応関係を読み出す。さらに濃度算出モジュール３２３は、ガスの放熱係数ＭIの値と、ガスの放熱係数ＭI及び濃度の対応関係とに基づいて、チャンバ１０１に導入されたガスの濃度を算出する。
【００７１】
第３の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０のその他の構成要素は、第１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。第３の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０によれば、ガスの放熱係数ＭIに基づいて、ガスの濃度の正確な値を算出することが可能となる。
【００７２】
（第４の実施の形態）
図１３に示すように、第４の実施の形態に係るガス物性値測定システム２１は、発熱量Ｑの値が未知の計測対象混合ガスが充填されるチャンバ１０１と、図１及び図２に示す発熱素子６１、第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３を用いて、計測対象混合ガスの温度ＴIの値、及び計測対象混合ガスの複数の放熱係数ＭIの値を計測する図１３に示す計測機構１０と、を備える。さらに、ガス物性値測定システム２１は、ガスの温度ＴI及び発熱素子６１の複数の発熱温度に対するガスの放熱係数ＭIを独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置４０２と、発熱量算出式のガスの温度ＴIの独立変数及び発熱素子６１の複数の発熱温度に対するガスの放熱係数ＭIの独立変数に、計測対象混合ガスの温度ＴIの値及び発熱素子６１の複数の発熱温度に対する計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量Ｑの値を算出する発熱量算出モジュール３０５と、を備える。
【００７３】
式記憶装置４０２は、第１の実施の形態で説明した発熱量算出式を保存する。ここでは、例として、発熱量算出式の作成のために、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）を含む天然ガスがサンプル混合ガスとして使用された場合を説明する。また、発熱量算出式は、発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合のガスの放熱係数ＭIと、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合のガスの放熱係数ＭIと、発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合のガスの放熱係数ＭIと、ガスの温度ＴIと、を独立変数としているものとする。
【００７４】
第４の実施の形態においては、例えば、未知の体積率でメタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）を含む、発熱量Ｑが未知の天然ガスが、計測対象混合ガスとして、チャンバ１０１に導入される。図１及び図２に示すマイクロチップ８の第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３は、発熱素子６１が発熱する前の計測対象混合ガスの温度ＴIを検出する。その後、発熱素子６１は、図１３に示す駆動回路３０３から駆動電力ＰHを与えられる。駆動電力ＰHを与えられることにより、図１及び図２に示す発熱素子６１は、１００℃、１５０℃、及び２００℃で発熱する。
【００７５】
図１３に示す放熱係数算出モジュール３０１は、上記（１）乃至（４）式で説明した方法に従って、発熱温度１００℃で発熱する発熱素子６１と熱的に平衡な計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出する。また、放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１５０℃で発熱する発熱素子６１と熱的に平衡な計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値、及び発熱温度２００℃で発熱する発熱素子６１と熱的に平衡な計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出する。放熱係数算出モジュール３０１は、計測対象混合ガスの温度ＴIの値と、算出した放熱係数ＭIの値とを、放熱係数記憶装置４０１に保存する。
【００７６】
発熱量算出モジュール３０５は、発熱量算出式のガスの放熱係数ＭIの独立変数及びガスの温度ＴIの独立変数に、計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値及び温度ＴIの値を代入し、計測対象混合ガスの発熱量Ｑの値を算出する。ＣＰＵ３００には、発熱量記憶装置４０３がさらに接続されている。発熱量記憶装置４０３は、発熱量算出モジュール３０５が算出した計測対象混合ガスの発熱量Ｑの値を保存する。第４の実施の形態に係るガス物性値測定システム２１のその他の構成要件は、図６で説明した第１の実施の形態に係るガス物性値測定システム２０と同様であるので、説明は省略する。
【００７７】
次に、図１４に示すフローチャートを用いて、第４の実施の形態に係る発熱量の測定方法について説明する。なお、以下の例では、図１３に示すマイクロチップ８の発熱素子６１を、１００℃、１５０℃、及び２００℃に発熱させる場合を説明する。
【００７８】
（ａ）ステップＳ２００で、図１３に示すチャンバ１０１内に計測対象混合ガスを導入する。次に、ステップＳ２０１で、図１及び図２に示すマイクロチップ８の第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３は、発熱素子６１が発熱する前の計測対象混合ガスの温度ＴIを検出する。その後、図１３に示す駆動回路３０３は、マイクロチップ８の図１及び図２に示す発熱素子６１に第１の駆動電力ＰH1を与え、発熱素子６１を１００℃で発熱させる。図１３に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱温度１００℃における計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出する。さらに、放熱係数算出モジュール３０１は、計測対象混合ガスの温度ＴIの値、及び発熱素子６１の発熱温度が１００℃の場合の計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値を放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱素子６１に対する第１の駆動電力ＰH1の提供を停止する。
【００７９】
（ｂ）ステップＳ２０２で、図１３に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱素子６１の発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度１５０℃及び発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ２０１に戻り、図１３に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱素子６１を１５０℃に発熱させる。図１３に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱素子６１の発熱温度が１５０℃の場合の計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱素子６１に対する駆動電力の供給を停止する。
【００８０】
（ｃ）再びステップＳ２０２で、図１及び図２に示す発熱素子６１の発熱温度の切り替えが完了したか否か判定する。発熱温度２００℃への切り替えが完了していない場合には、ステップＳ２０１に戻り、図１３に示す駆動回路３０３は、図１及び図２に示す発熱素子６１を２００℃に発熱させる。図１３に示す放熱係数算出モジュール３０１は、発熱素子６１の発熱温度が２００℃の場合の計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値を算出し、放熱係数記憶装置４０１に保存する。その後、駆動回路３０３は、発熱素子６１に対する駆動電力の供給を停止する。
【００８１】
（ｄ）発熱素子６１の発熱温度の切り替えが完了した場合には、ステップＳ２０２からステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３で、図１３に示す発熱量算出モジュール３０５は、式記憶装置４０２から、ガスの温度ＴI及び発熱素子６１の発熱温度が１００℃、１５０℃、及び２００℃の場合のガスの放熱係数ＭIを独立変数とする発熱量算出式を読み出す。また、発熱量算出モジュール３０５は、放熱係数記憶装置４０１から、計測対象混合ガスの温度ＴIの値及び発熱素子６１の発熱温度が１００℃、１５０℃、及び２００℃の場合の計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値を読み出す。
【００８２】
（ｅ）ステップＳ２０４で、発熱量算出モジュール３０５は、発熱量算出式の温度ＴIの独立変数に計測対象混合ガスの温度ＴIの値を代入し、発熱量算出式の放熱係数ＭIの独立変数に計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの値を代入して、計測対象混合ガスの発熱量Ｑの値を算出する。その後、発熱量算出モジュール３０５は、算出した発熱量Ｑの値を発熱量記憶装置４０３に保存し、第４の実施の形態に係る発熱量の測定方法を終了する。
【００８３】
以上説明した第４の実施の形態に係る発熱量算出方法によれば、高価なガスクロマトグラフィ装置や音速センサを用いることなく、計測対象混合ガスの放熱係数ＭIの測定値から、計測対象混合ガスの混合ガスの発熱量Ｑの値を測定することが可能となる。
【００８４】
天然ガスは、産出ガス田によって炭化水素の成分比率が異なる。また、天然ガスには、炭化水素の他に、窒素（Ｎ2）や炭酸ガス（ＣＯ2）等が含まれる。そのため、産出ガス田によって、天然ガスに含まれるガス成分の体積率は異なり、ガス成分の種類が既知であっても、天然ガスの発熱量Ｑは未知であることが多い。また、同一のガス田由来の天然ガスであっても、発熱量Ｑが常に一定であるとは限らず、採取時期によって変化することもある。
【００８５】
従来、天然ガスの使用料金を徴収する際には、天然ガスの使用発熱量Ｑでなく、使用体積に応じて課金する方法がとられている。しかし、天然ガスは由来する産出ガス田によって発熱量Ｑが異なるため、使用体積に課金するのは公平でない。これに対し、第４の実施の形態に係る発熱量算出方法を用いれば、ガス成分の種類が既知であるが、ガス成分の体積率が未知であるために発熱量Ｑが未知の天然ガス等の混合ガスの発熱量Ｑを、簡易に算出することが可能となる。そのため、公平な使用料金を徴収することが可能となる。
【００８６】
また、ガラス加工品の製造業においては、ガラスを加熱加工する際、加工精度を一定に保つために、一定の発熱量Ｑを有する天然ガスが供給されることが望まれている。そのためには、複数のガス田由来の天然ガスのそれぞれの発熱量Ｑを正確に把握し、総ての天然ガスの発熱量Ｑが同一になるよう調整した上で、ガラスの加熱加工工程に天然ガスを供給することが検討されている。これに対し、第４の実施の形態に係る発熱量算出方法を用いれば、複数のガス田由来の天然ガスのそれぞれ発熱量Ｑを正確には把握することが可能となるため、ガラスの加熱加工精度を一定に保つことが可能となる。
【００８７】
さらに、第４の実施の形態に係る発熱量算出方法によれば、天然ガス等の混合ガスの正確な発熱量Ｑを容易に知ることが可能となるため、混合ガスを燃焼させる場合に必要な空気量を適切に設定することが可能となる。そのため、無駄な二酸化炭素（ＣＯ2）の排出量を削減することも可能となる。
【００８８】
（実施例１）
まず、図１５に示すように発熱量Ｑの値が既知の２８種類のサンプル混合ガスを用意した。２８種類のサンプル混合ガスのそれぞれは、ガス成分としてメタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、窒素（Ｎ2）、及び二酸化炭素（ＣＯ2）のいずれか又は全部を含んでいた。例えば、Ｎｏ．７のサンプル混合ガスは、９０ｖｏｌ％のメタン、３ｖｏｌ％のエタン、１ｖｏｌ％のプロパン、１ｖｏｌ％のブタン、４ｖｏｌ％の窒素、及び１ｖｏｌ％の二酸化炭素を含んでいた。また、Ｎｏ．８のサンプル混合ガスは、８５ｖｏｌ％のメタン、１０ｖｏｌ％のエタン、３ｖｏｌ％のプロパン、及び２ｖｏｌ％のブタンを含み、窒素及び二酸化炭素を含んでいなかった。また、Ｎｏ．９のサンプル混合ガスは、８５ｖｏｌ％のメタン、８ｖｏｌ％のエタン、２ｖｏｌ％のプロパン、１ｖｏｌ％のブタン、２ｖｏｌ％の窒素、及び２ｖｏｌ％の二酸化炭素を含んでいた。
【００８９】
次に、２８種類のサンプル混合ガスのそれぞれの放熱係数ＭIの値を、発熱素子の発熱温度を１００℃、１５０℃、及び２００℃に設定して計測した。なお、例えばＮｏ．７のサンプル混合ガスは６種類のガス成分を含んでいるが、上述したように、エタン（Ｃ2Ｈ6）とブタン（Ｃ4Ｈ10）は、メタン（ＣＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）の混合物とみなしうるので、放熱係数ＭIの値を３種類の発熱温度で計測しても問題ない。その後、２８種類のサンプル混合ガスの発熱量Ｑの値と、計測された放熱係数ＭIの値に基づいて、サポートベクトル回帰により、放熱係数ＭIを独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数とする、発熱量Ｑを算出するための１次方程式、２次方程式、及び３次方程式を作成した。
【００９０】
発熱量Ｑを算出するための１次方程式を作成する際には、キャリブレーション・ポイントは、３乃至５個を目安に、適宜決定できる。作成された１次方程式は下記（２７）式で与えられた。２８種類のサンプル混合ガスの発熱量Ｑを（２７）式で算出し、真の発熱量Ｑと比較したところ、最大誤差は２．１％であった。
Q = 39.91 - 20.59×MI (100℃) - 0.89×MI (150℃) + 19.73×MI (200℃) ・・・(27)
【００９１】
発熱量Ｑを算出するための２次方程式を作成する際には、キャリブレーション・ポイントは、８乃至９個を目安に、適宜決定できる。２８種類のサンプル混合ガスの発熱量Ｑを作成された２次方程式で算出し、真の発熱量Ｑと比較したところ、最大誤差は１．２乃至１．４％であった。
【００９２】
発熱量Ｑを算出するための３次方程式を作成する際には、キャリブレーション・ポイントは、１０乃至１４個を目安に、適宜決定できる。２８種類のサンプル混合ガスの発熱量Ｑを作成された３次方程式で算出し、真の発熱量Ｑと比較したところ、最大誤差は１．２％未満であった。図１６及び図１７に示すように、１０個のキャリブレーション・ポイントを取って作成された３次方程式で算出された発熱量Ｑは、真の発熱量Ｑに良好に近似し、誤差はわずかであった。
【００９３】
（実施例２）
実施例１で使用したサンプル混合ガスとは異なる、発熱量Ｑの値が既知の２３種類のサンプル混合ガスをさらに用意した。ここで、発熱素子で加熱される前のサンプル混合ガスの温度を、−１０℃、５℃、２３℃、４０℃、及び５０℃に設定した。次に、放熱係数ＭIを独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数として、ガスの温度ＴIの独立変数を含まない発熱量算出式を作成した。さらに、作成した発熱量算出式を用いて、サンプル混合ガスの発熱量Ｑを算出した。すると、図１８に示すように、算出される発熱量Ｑの誤差はわずかであるものの、発熱素子で加熱される前のサンプル混合ガスの温度に応じてばらつきが生じた。
【００９４】
次に、下記（２８）式に示すように、放熱係数ＭI及びガスの温度ＴIを独立変数とし、発熱量Ｑを従属変数とする発熱量算出式を作成した。
Q = 39.4 - 5.97×MI (100℃) - 30.3×MI (150℃) + 34.6×MI (200℃) + 0.331×TI ・・・(28)
さらに、作成した発熱量算出式を用いて、放熱係数ＭI及びガスの温度ＴIの独立変数に測定値を代入してサンプル混合ガスの発熱量Ｑを算出した。すると、図１９に示すように、発熱素子で加熱される前のサンプル混合ガスの温度にかかわらず、算出される発熱量Ｑの誤差のばらつきが生じなかった。なお、図１８及び図１９に示す結果は、図１及び図２に示すように、マイクロチップ８の断熱部材１８を配置し、マイクロチップ８の基板６０を６０℃に保温して得た。これに対し、断熱材１８を用いず、またマイクロチップ８の基板６０を保温しなくとも、発熱量算出式の放熱係数ＭI及びガスの温度ＴIの独立変数に測定値を代入してサンプル混合ガスの発熱量Ｑを算出すると、図２０に示すように、算出される発熱量Ｑの誤差のばらつきはわずかであった。したがって、発熱量算出式に放熱係数ＭIの独立変数のみならずガスの温度ＴIの独立変数を加え、ガスの温度ＴIの独立変数に測定値を代入することにより、より高精度に発熱量Ｑが算出可能であることが示された。
【００９５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、第１及び第４の実施の形態においては、発熱素子の複数の発熱温度における混合ガスの放熱係数ＭIの値を用いたが、代わりに、混合ガスの複数の発熱温度における熱伝導率を用いて、発熱量算出式の作成及び発熱量Ｑの算出を行ってもよい。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００９６】
８ マイクロチップ
１０ 計測機構
１８ 断熱部材
２０，２１ ガス物性値測定システム
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ ガス圧調節器
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ 流量制御装置
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ ガスボンベ
６０ 基板
６１ 発熱素子
６２ 第１の測温素子
６３ 第２の測温素子
６４ 第３の測温素子
６５ 絶縁膜
６６ キャビティ
９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄ，９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃ，９２Ｄ，９３，１０２，１０３ 流路
１０１ チャンバ
１６１，１６２，１６３，１６４，１６５，１８１，１８２，１８３ 抵抗素子
１７０，１７１ オペアンプ
３０１ 放熱係数算出モジュール
３０２ 式作成モジュール
３０３ 駆動回路
３０５ 発熱量算出モジュール
３１２ 入力装置
３１３ 出力装置
３２２ 熱伝導率算出モジュール
３２３ 濃度算出モジュール
４０１ 放熱係数記憶装置
４０２ 式記憶装置
４０３ 発熱量記憶装置
４１１ 熱伝導率記憶装置
４１２ 濃度記憶装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の混合ガスのそれぞれを加熱する発熱素子と、
前記複数の混合ガスのそれぞれのガス温度の値、及び前記発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの前記複数の混合ガスのそれぞれの物性の値を計測する計測機構と、
前記複数の混合ガスのそれぞれの既知の発熱量の値、前記計測されたガス温度の値、及び前記複数の発熱温度に対して計測された物性の値に基づいて、前記ガス温度及び前記複数の発熱温度に対する前記物性を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成する式作成モジュールと、
を備える、発熱量算出式作成システム。
【請求項２】
前記物性が放熱係数又は熱伝導率である、請求項１に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項３】
前記複数の発熱温度の数が、少なくとも前記複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項１又は２に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項４】
前記式作成モジュールが、サポートベクトル回帰を用いて前記発熱量算出式を作成する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項５】
前記計測機構が、前記発熱素子の駆動電力を、前記発熱素子の発熱温度及び前記複数の混合ガスのそれぞれのガス温度の差で割ることにより、前記複数の混合ガスのそれぞれの放熱係数を算出する放熱係数算出モジュールを更に備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項６】
前記複数の混合ガスのそれぞれが天然ガスである、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項７】
前記複数の混合ガスのそれぞれが、前記複数種類のガス成分として、メタン、プロパン、窒素、及び二酸化炭素を含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項８】
複数種類のガス成分を含む複数の混合ガスを準備することと、
前記複数の混合ガスのそれぞれのガス温度の値を計測することと、
発熱素子を複数の発熱温度で発熱させたときの前記複数の混合ガスのそれぞれの物性の値を計測することと、
前記複数の混合ガスのそれぞれの既知の発熱量の値、前記計測されたガス温度の値、及び前記複数の発熱温度に対して計測された物性の値に基づいて、前記ガス温度及び前記複数の発熱温度に対する前記物性を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成することと、
を含む、発熱量算出式の作成方法。
【請求項９】
前記物性が放熱係数又は熱伝導率である、請求項８に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項１０】
前記複数の発熱温度の数が、少なくとも前記複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項８又は９に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項１１】
前記発熱量算出式を作成することにおいて、サポートベクトル回帰が用いられる、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項１２】
前記複数の混合ガスのそれぞれの物性の値を計測することが、
前記発熱素子の駆動電力を、前記発熱素子の温度及び前記複数の混合ガスのそれぞれのガス温度の差で割ることと、
を含む、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項１３】
前記複数の混合ガスのそれぞれが天然ガスである、請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項１４】
前記複数の混合ガスのそれぞれが、前記複数種類のガス成分として、メタン、プロパン、窒素、及び二酸化炭素を含む、請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項１５】
発熱量が未知の計測対象混合ガスのガス温度の値、及び発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの前記計測対象混合ガスの物性の値を計測する計測機構と、
前記ガス温度及び前記複数の発熱温度に対する前記物性を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置と、
前記発熱量算出式の前記ガス温度の独立変数及び前記複数の発熱温度に対する前記物性の独立変数に、前記計測対象混合ガスの前記ガス温度の値及び前記複数の発熱温度に対する前記計測対象混合ガスの前記物性の値を代入し、前記計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する発熱量算出モジュールと、
を備える、発熱量測定システム。
【請求項１６】
前記物性が放熱係数又は熱伝導率である、請求項１５に記載の発熱量測定システム。
【請求項１７】
前記複数の温度の数が、少なくとも、前記計測対象混合ガスに含まれる複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項１５又は１６に記載の発熱量測定システム。
【請求項１８】
複数種類のガス成分を含む複数のサンプル混合ガスの発熱量の値と、前記複数のサンプル混合ガスのガス温度の値と、前記複数の発熱温度に対する前記複数のサンプル混合ガスの物性の値とに基づいて、前記ガス温度及び前記複数の発熱温度に対する前記物性を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式が作成された、請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の発熱量測定システム。
【請求項１９】
前記発熱量算出式を作成するために、サポートベクトル回帰が用いられた、請求項１８に記載の発熱量測定システム。
【請求項２０】
前記計測機構が、前記発熱素子の駆動電力を、前記発熱素子の発熱温度及び前記計測対象混合ガスのガス温度の差で割ることにより、前記計測対象混合ガスの放熱係数の値を算出する放熱係数算出モジュールを更に備える、請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載の発熱量測定システム。
【請求項２１】
前記複数のサンプル混合ガスのそれぞれが天然ガスである、請求項１８又は１９に記載の発熱量測定システム。
【請求項２２】
前記複数のサンプル混合ガスのそれぞれが、前記複数種類のガス成分として、メタン、プロパン、窒素、及び二酸化炭素を含む、請求項１８、１９、２１のいずれか１項に記載の発熱量測定システム。
【請求項２３】
前記計測対象混合ガスが天然ガスである、請求項１５乃至２２のいずれか１項に記載の発熱量測定システム。
【請求項２４】
前記計測対象混合ガスが、メタン、プロパン、窒素、及び二酸化炭素を含む、請求項１５乃至２３のいずれか１項に記載の発熱量測定システム。
【請求項２５】
前記計測対象混合ガスが、アルカンを更に含む、請求項２４に記載の発熱量測定システム。
【請求項２６】
発熱量が未知の計測対象混合ガスのガス温度の値、及び発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの前記計測対象混合ガスの物性の値を計測することと、
前記ガス温度及び前記複数の発熱温度に対する前記物性を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式を用意することと、
前記発熱量算出式の前記ガス温度の独立変数及び前記複数の発熱温度に対する前記物性の独立変数に、前記計測対象混合ガスの前記ガス温度の値及び前記複数の発熱温度に対する前記計測対象混合ガスの前記物性の値を代入し、前記計測対象混合ガスの発熱量の値を算出することと、
を含む、発熱量の測定方法。
【請求項２７】
前記物性が放熱係数又は熱伝導率である、請求項２６に記載の発熱量の測定方法。
【請求項２８】
前記複数の発熱温度の数が、少なくとも、前記計測対象混合ガスに含まれる複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項２６又は２７に記載の発熱量の測定方法。
【請求項２９】
複数種類のガス成分を含む複数のサンプル混合ガスの発熱量の値と、前記複数のサンプル混合ガスのガス温度の値と、前記複数の発熱温度に対する前記複数のサンプル混合ガスの物性の値とに基づいて、前記ガス温度及び前記複数の発熱温度に対する前記物性を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式が作成された、請求項２６乃至２８のいずれか１項に記載の発熱量の測定方法。
【請求項３０】
前記発熱量算出式を作成するために、サポートベクトル回帰が用いられた、請求項２９に記載の発熱量の測定方法。
【請求項３１】
前記計測対象混合ガスの物性の値を計測することが、
前記発熱素子の駆動電力を、前記発熱素子の発熱温度及び前記計測対象混合ガスのガス温度の差で割ることと、
を含む、請求項２６乃至３０のいずれか１項に記載の発熱量の測定方法。
【請求項３２】
前記複数のサンプル混合ガスのそれぞれが天然ガスである、請求項２９又は３０に記載の発熱量の測定方法。
【請求項３３】
前記複数のサンプル混合ガスのそれぞれが、前記複数種類のガス成分として、メタン、プロパン、窒素、及び二酸化炭素を含む、請求項２９、３０、３２のいずれか１項に記載の発熱量の測定方法。
【請求項３４】
前記計測対象混合ガスが天然ガスである、請求項２６乃至３３のいずれか１項に記載の発熱量の測定方法。
【請求項３５】
前記計測対象混合ガスが、メタン、プロパン、窒素、及び二酸化炭素を含む、請求項２６乃至３４のいずれか１項に記載の発熱量の測定方法。
【請求項３６】
前記計測対象混合ガスが、アルカンを更に含む、請求項３５に記載の発熱量の測定方法。
【請求項１】
複数の混合ガスのそれぞれを加熱する発熱素子と、
前記複数の混合ガスのそれぞれのガス温度の値、及び前記発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの前記複数の混合ガスのそれぞれの物性の値を計測する計測機構と、
前記複数の混合ガスのそれぞれの既知の発熱量の値、前記計測されたガス温度の値、及び前記複数の発熱温度に対して計測された物性の値に基づいて、前記ガス温度及び前記複数の発熱温度に対する前記物性を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成する式作成モジュールと、
を備える、発熱量算出式作成システム。
【請求項２】
前記物性が放熱係数又は熱伝導率である、請求項１に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項３】
前記複数の発熱温度の数が、少なくとも前記複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項１又は２に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項４】
前記式作成モジュールが、サポートベクトル回帰を用いて前記発熱量算出式を作成する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項５】
前記計測機構が、前記発熱素子の駆動電力を、前記発熱素子の発熱温度及び前記複数の混合ガスのそれぞれのガス温度の差で割ることにより、前記複数の混合ガスのそれぞれの放熱係数を算出する放熱係数算出モジュールを更に備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項６】
前記複数の混合ガスのそれぞれが天然ガスである、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項７】
前記複数の混合ガスのそれぞれが、前記複数種類のガス成分として、メタン、プロパン、窒素、及び二酸化炭素を含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発熱量算出式作成システム。
【請求項８】
複数種類のガス成分を含む複数の混合ガスを準備することと、
前記複数の混合ガスのそれぞれのガス温度の値を計測することと、
発熱素子を複数の発熱温度で発熱させたときの前記複数の混合ガスのそれぞれの物性の値を計測することと、
前記複数の混合ガスのそれぞれの既知の発熱量の値、前記計測されたガス温度の値、及び前記複数の発熱温度に対して計測された物性の値に基づいて、前記ガス温度及び前記複数の発熱温度に対する前記物性を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式を作成することと、
を含む、発熱量算出式の作成方法。
【請求項９】
前記物性が放熱係数又は熱伝導率である、請求項８に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項１０】
前記複数の発熱温度の数が、少なくとも前記複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項８又は９に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項１１】
前記発熱量算出式を作成することにおいて、サポートベクトル回帰が用いられる、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項１２】
前記複数の混合ガスのそれぞれの物性の値を計測することが、
前記発熱素子の駆動電力を、前記発熱素子の温度及び前記複数の混合ガスのそれぞれのガス温度の差で割ることと、
を含む、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項１３】
前記複数の混合ガスのそれぞれが天然ガスである、請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項１４】
前記複数の混合ガスのそれぞれが、前記複数種類のガス成分として、メタン、プロパン、窒素、及び二酸化炭素を含む、請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の発熱量算出式の作成方法。
【請求項１５】
発熱量が未知の計測対象混合ガスのガス温度の値、及び発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの前記計測対象混合ガスの物性の値を計測する計測機構と、
前記ガス温度及び前記複数の発熱温度に対する前記物性を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式を保存する式記憶装置と、
前記発熱量算出式の前記ガス温度の独立変数及び前記複数の発熱温度に対する前記物性の独立変数に、前記計測対象混合ガスの前記ガス温度の値及び前記複数の発熱温度に対する前記計測対象混合ガスの前記物性の値を代入し、前記計測対象混合ガスの発熱量の値を算出する発熱量算出モジュールと、
を備える、発熱量測定システム。
【請求項１６】
前記物性が放熱係数又は熱伝導率である、請求項１５に記載の発熱量測定システム。
【請求項１７】
前記複数の温度の数が、少なくとも、前記計測対象混合ガスに含まれる複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項１５又は１６に記載の発熱量測定システム。
【請求項１８】
複数種類のガス成分を含む複数のサンプル混合ガスの発熱量の値と、前記複数のサンプル混合ガスのガス温度の値と、前記複数の発熱温度に対する前記複数のサンプル混合ガスの物性の値とに基づいて、前記ガス温度及び前記複数の発熱温度に対する前記物性を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式が作成された、請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の発熱量測定システム。
【請求項１９】
前記発熱量算出式を作成するために、サポートベクトル回帰が用いられた、請求項１８に記載の発熱量測定システム。
【請求項２０】
前記計測機構が、前記発熱素子の駆動電力を、前記発熱素子の発熱温度及び前記計測対象混合ガスのガス温度の差で割ることにより、前記計測対象混合ガスの放熱係数の値を算出する放熱係数算出モジュールを更に備える、請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載の発熱量測定システム。
【請求項２１】
前記複数のサンプル混合ガスのそれぞれが天然ガスである、請求項１８又は１９に記載の発熱量測定システム。
【請求項２２】
前記複数のサンプル混合ガスのそれぞれが、前記複数種類のガス成分として、メタン、プロパン、窒素、及び二酸化炭素を含む、請求項１８、１９、２１のいずれか１項に記載の発熱量測定システム。
【請求項２３】
前記計測対象混合ガスが天然ガスである、請求項１５乃至２２のいずれか１項に記載の発熱量測定システム。
【請求項２４】
前記計測対象混合ガスが、メタン、プロパン、窒素、及び二酸化炭素を含む、請求項１５乃至２３のいずれか１項に記載の発熱量測定システム。
【請求項２５】
前記計測対象混合ガスが、アルカンを更に含む、請求項２４に記載の発熱量測定システム。
【請求項２６】
発熱量が未知の計測対象混合ガスのガス温度の値、及び発熱素子が複数の発熱温度で発熱したときの前記計測対象混合ガスの物性の値を計測することと、
前記ガス温度及び前記複数の発熱温度に対する前記物性を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式を用意することと、
前記発熱量算出式の前記ガス温度の独立変数及び前記複数の発熱温度に対する前記物性の独立変数に、前記計測対象混合ガスの前記ガス温度の値及び前記複数の発熱温度に対する前記計測対象混合ガスの前記物性の値を代入し、前記計測対象混合ガスの発熱量の値を算出することと、
を含む、発熱量の測定方法。
【請求項２７】
前記物性が放熱係数又は熱伝導率である、請求項２６に記載の発熱量の測定方法。
【請求項２８】
前記複数の発熱温度の数が、少なくとも、前記計測対象混合ガスに含まれる複数種類のガス成分の数から１を引いた数である、請求項２６又は２７に記載の発熱量の測定方法。
【請求項２９】
複数種類のガス成分を含む複数のサンプル混合ガスの発熱量の値と、前記複数のサンプル混合ガスのガス温度の値と、前記複数の発熱温度に対する前記複数のサンプル混合ガスの物性の値とに基づいて、前記ガス温度及び前記複数の発熱温度に対する前記物性を独立変数とし、前記発熱量を従属変数とする発熱量算出式が作成された、請求項２６乃至２８のいずれか１項に記載の発熱量の測定方法。
【請求項３０】
前記発熱量算出式を作成するために、サポートベクトル回帰が用いられた、請求項２９に記載の発熱量の測定方法。
【請求項３１】
前記計測対象混合ガスの物性の値を計測することが、
前記発熱素子の駆動電力を、前記発熱素子の発熱温度及び前記計測対象混合ガスのガス温度の差で割ることと、
を含む、請求項２６乃至３０のいずれか１項に記載の発熱量の測定方法。
【請求項３２】
前記複数のサンプル混合ガスのそれぞれが天然ガスである、請求項２９又は３０に記載の発熱量の測定方法。
【請求項３３】
前記複数のサンプル混合ガスのそれぞれが、前記複数種類のガス成分として、メタン、プロパン、窒素、及び二酸化炭素を含む、請求項２９、３０、３２のいずれか１項に記載の発熱量の測定方法。
【請求項３４】
前記計測対象混合ガスが天然ガスである、請求項２６乃至３３のいずれか１項に記載の発熱量の測定方法。
【請求項３５】
前記計測対象混合ガスが、メタン、プロパン、窒素、及び二酸化炭素を含む、請求項２６乃至３４のいずれか１項に記載の発熱量の測定方法。
【請求項３６】
前記計測対象混合ガスが、アルカンを更に含む、請求項３５に記載の発熱量の測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−２０９０４７（Ｐ２０１１−２０９０４７Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７５８５２（Ｐ２０１０−７５８５２）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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