発熱量

発熱量とは

発熱量とは、一定量の燃料が完全に燃焼した際に放出される熱エネルギーの量を指します。この値は、燃料の性能を測る上で非常に重要な指標となり、単位は通常、kcal/kg、kJ/kg、J/molなどのエネルギー単位で表されます。発熱量は、燃料の種類によって固有の値を持っており、一般的にはボンベ熱量計を用いて測定されます。

特に、可燃性の液体を扱う際には、単位発熱量あたりの価格で燃料の経済性を比較することがよくあります。

発熱量の種類

発熱量は、その定義によって「高発熱量」と「低発熱量」の二つに分類されます。

高発熱量

高発熱量（または総発熱量）とは、燃料の燃焼によって生成されたガスを、燃焼前の温度まで冷却し、生成した水蒸気が全て凝縮して液体になった状態を想定した際に得られる熱量です。この値は、燃焼反応におけるエンタルピー変化を考慮しており、熱量計で測定される値と一致します。高発熱量は、燃料が持つ最大のエネルギー量を表す指標として利用されます。

低発熱量

低発熱量（または真発熱量）とは、燃料中の水素が燃焼によって生成する水蒸気の蒸発熱と、燃料に元々含まれている水分の蒸発熱を、高発熱量から差し引いた値です。つまり、生成された水は全て水蒸気として計算され、蒸発に必要な潜熱は含まれません。低発熱量は、実際の燃焼ガス温度を計算する際に用いられます。

高発熱量と低発熱量の関係

高発熱量（Hh）と低発熱量（Hl）の関係は、以下の式で表されます。

気体燃料の場合

{\displaystyle H_{l}=H_{h}-H_{\mathrm {w} }\left(h_{2}+2ch_{4}+2c_{2}h_{4}+{\frac {y}{2}}c_{x}h_{y}\right)}


ここで、

Hw: 水蒸気1 m3Nの蒸発潜熱（2.0 MJ/m3N）
h2, ch4, c2h4, cxhy: それぞれ気体燃料中の水素、メタン、エチレン、炭化水素の組成

液体および固体燃料の場合

{\displaystyle H_{l}=H_{h}-H'_{\mathrm {w} }(9h+w)}


ここで、

H'w: 水1 kgの蒸発潜熱（2.5 MJ/kg）
h, w: それぞれ燃料中の水素と水分の組成

各種燃料の発熱量

注記: 炭、一酸化炭素、硫黄のように、燃焼時に水を生成しない物質については、高発熱量と低発熱量の値は等しくなります。

天然ガスの高発熱量

天然ガスの高発熱量は、国際エネルギー機関が発表していますが、国によって測定値にばらつきが見られます。以下に、2011年と2005年に発表されたデータの一部を示します。

2011年のデータ

オランダ: 33,339 kJ/m³
サウジアラビア: 38,000 kJ/m³
アメリカ: 38,192 kJ/m³
ロシア: 38,230 kJ/m³
カナダ: 38,430 kJ/m³
中国: 38,931 kJ/m³
イラン: 39,356 kJ/m³
ノルウェー: 39,650 kJ/m³
インドネシア: 40,600 kJ/m³
カタール: 41,400 kJ/m³

2005年のデータ

パキスタン: 34,900 kJ/m³
バングラデシュ: 36,000 kJ/m³
ウズベキスタン: 37,889 kJ/m³
カナダ: 38,200 kJ/m³
イギリス: 39,710 kJ/m³
アルジェリア: 42,000 kJ/m³

一般的に、天然ガスの低発熱量は高発熱量の約90%程度となります。

まとめ

発熱量は、燃料のエネルギー効率を評価する上で欠かせない指標です。高発熱量と低発熱量の違いを理解し、燃料の用途に合わせて適切に使い分けることが重要です。また、天然ガスの発熱量は国によって異なるため、国際的な取引を行う際には注意が必要です。

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