DE68909260T2

DE68909260T2 - Vorrichtung für die Messung der Wärmekapazität einer Brennstoffströmung.

Info

Publication number: DE68909260T2
Application number: DE89400233T
Authority: DE
Inventors: Remi Guillet
Original assignee: Gaz de France SA
Current assignee: Engie SA
Priority date: 1988-01-29
Filing date: 1989-01-27
Publication date: 1994-03-10
Anticipated expiration: 2009-01-28
Also published as: JP2792881B2; CA1325343C; FR2626673A1; NO890291L; NO302444B1; EP0326494A1; JPH01233355A; NO890291D0; FR2626673B1; EP0326494B1; DE68909260D1; ATE94987T1

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Messen der Wärmeleistung, die von einem insbesondere gasförmigen Strom eines energieerzeugenden Brennstoffs transportiert wird, der in einer Hauptleitung zirkuliert.
Gemäß dem Stand der Technik werden zur Messung der Wärmeleistung immer zwei "Primärgrößen" herangezogen, nämlich:
- der Massendurchsatz des Brennstoffs,
- der Brennwert dieses Stoffes.
Zwar ist der Massendurchsatz für die Mehrheit der Techniker eine bestimmbare Größe, mit einer Ungenauigkeit, die ihrerseits handhabbar ist und direkt mit den verwendeten Mitteln zusammenhängt, und die in der Mehrzahl der Falle kontinuierlich ermittelt werden kann, doch der Brennwert bleibt eine Größe, die schwierig und mit aufwendigen Mitteln (häufig beträchtliche Tnvestitionen, erfahrene Techniker, ...) zu definieren ist und in diskreten Werten ausgedrückt wird (z. B. sind ungefähr 15 Minuten für die chromatographische Analyse einer gezogenen Probe erforderlich, um ihren Brennwert zu bestimmen).
Die Schwierigkeit, in bequemer Weise den Brennwert eines Brennstoffs zu messen, hat als direkte Folge und erheblichen Nachteil die Tatsache, daß die Energie meistens "nach Gewicht" verkauft wird.
Im Fall gasförmiger Brennstoffe, insbesondere der leitungsgebundenen, hat dies zur Folge, daß der Zwischenhändler das Gas bei seinem Lieferanten (dem Transporteur) kauft und an seinen Kunden verkauft auf Grundlage:
- des effektiv gemessenen Normalvolumens oder unter als normal bezeichneten Bezugsbedingungen ausgedrückten Volumens des Gases,
- einer Abschätzung des Brennwerts.
Selbstverständlich führt dies zu Kontroversen und sogar Rechtsstreitigkeiten, da der Brennwert des vertriebenen Gases großen Schwankungen unterliegt. Als Beispiel beträgt in Frankreich die vorschriftsgemäß mögliche Schwankungsbreite ungefähr 18 % des Mittelwerts des im Gasleitungsnetz vertriebenen mit "H" bezeichneten natürlichen Gases.
Aus dem Dokument GB-A-1 056 540 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, die die Entnahme von Verbrennungsprodukten aus einem Kessel, anschließend die vollständige Verbrennung in einer angeschlossenen Brennkammer, des in den entnommenen Verbrennungsprodukten enthaltenen unverbrannten Brennstoffanteils, die Bestimmung des Luftfaktors, mit dem diese angeschlossene Verbrennung beaufschlagt wird, und die Ableitung der Wärmeleistung aus der Messung des Luftfaktors und der Messung des Massendurchsatzes von Verbrennungsluft, der für die Verbrennung im Kessel erforderlich ist, sicherstellen.
Das Dokument GB-A-2 099 589 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Brennwerts einer in einer Leitung zirkulierenden Gasströmung, demzufolge eine Probe der Gasströmung aus der Leitung genommen und anschließend mit Luft vermischt wird, um damit eine Meßzelle zu beaufschlagen, in der die Menge des für die Verbrennung der genommenen Probe erforderlichen Sauerstoffs gemessen wird, und von der der Wert der Heizleistung der Gasströmung abgeleitet wird.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf, die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen, und eine effektive genaue Messung der durch eine insbesondere gasförmige Strömung eines Brennstoffs übertragenen Wärmeleistung zu ermitteln, indem kontinuierliche Messungen mit einfachen Materialien durchgeführt werden, ohne daß menschliches Einwirken für die Durchführung der kontinuierlichen Messungen notwendig ist.
Diese Aufgabe wird gelöst mit Hilfe einer Vorrichtung zum Messen der Wärmeleistung, die von einem insbesondere gasförmigen Strom eines energieerzeugenden Brennstoffs transportiert wird, der in einer Durchgangstransportoder Verteilerhauptleitung für einen gasförmigen Brennstoffstrom zu einer stromabwärtigen Verwendungszone mit variablem Druck zirkuliert, umfassend eine der Meßvorrichtung zugehörige Verbrennungskammer zur Verbrennung einer bekannten geringen Fraktion des Massendurchsatzes des in der Leitung zirkulierenden Brennstoffs und eine Kette zur Messung des Luftfaktors, mit dem die Verbrennungskammer beaufschlagt wird, oder zur Regelung der Verbrennung in der Verbrennungskammer zwecks Aufrechthaltens eines konstanten Luftfaktors, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine Hauptdüse mit einer Schallverengung mit variablem Querschnitt, die in der Hauptleitung angeordnet ist, und einen Nebenkreis für eine bekannte geringe Fraktion des Massendurchsatzes des in der Hauptleitung zirkulierenden Gasstroms zur Beaufschlagung der geregelten Verbrennungskammer mit dieser geringen Fraktion aufweist, daß der Nebenkreis in einer Zone der Hauptleitung beginnt, welche sich stromaufwärts der Hauptdüse befindet, und eine Nebendüse mit einer Schallverengung fixer Geometrie aufweist, daß die Verbrennungskammer des Nebenkreises mit Verbrennungsluft über eine Rohrleitung gespeist wird, an der eine Einrichtung zur Zählung des Massendurchsatzes der zur Verbrennung der Fraktion verwendeten Verbrennungsluft, mit der die Verbrennungskammer beaufschlagt wird, angeordnet ist, und daß sie Rechen- und Anzeige- oder Aufzeichnungsmittel umfaßt, die mit der Zähleinrichtung und der Kette zur Messung oder Regelung des Luftfaktors f zwecks Bestimmens und Anzeigens oder Aufzeichnens des Werts der Wärmeleistung Pu des in der Hauptleitung zirkulierenden Brennstoffs, ausgehend von den Informationen über den Massendurchsatz von Verbrennungsluft, die von der Zähleinrichtung übermittelt werden, und über den Luftfaktor f, die von der Meß- oder Regelungskette übermittelt werden, verbunden sind.
Die Hauptdüse mit Schallverengung, die die Funktion der Regelung des stromabwärtigen Drucks innehat, und die eine Verengung aufweist, deren Durchgangsquerschnitt variabel ist, kann durch die Position eines beweglichen Spitzkegels definiert werden, der im Innern des Düsenkörpers angeordnet und entlang der Düsenachse in bezug auf die Verengung verschiebbar ist, definiert werden, und ein Positionsaufnehmer wird verwendet, um die Verschiebungen und die Position des beweglichen Spitzkegels zu erfassen und Informationen betreffend die Längsposition dieses Spitzkegels an die Rechen- und Anzeigemittel zu liefern.
In diesem Fall ist nur der Massendurchsatz im Nebenkreis konstant. Jedoch gibt die Ortung der Stellung des Spitzkegels Kenntnis über den Wert des Koeffizienten K, der den Quotienten des Durchsatzes des Nebenkreises im Verhältnis zum Durchsatz des Hauptkreises darstellt.
Vorteilhafterweise weist der Nebenkreis Abschnitte von reduziertem Querschnitt auf, die eine Lokalisierung von Druckverlusten schaffen.
In diesem Fall ist die Hauptleitung vorzugsweise mit einem Filter versehen, der stromaufwärts der Verbindungszone des Nebenkreises mit dem Hauptkreis angeordnet ist. Der Nebenkreis kann zusätzlich mit einem zweiten Filter ohne bedeutende Druckverluste versehen sein, der stromaufwärts der Zone zur Lokalisierung von Druckverlusten vorgesehen ist.
Gemäß einem besonderen vorteilhaften Merkmal umfaßt die Kette zur Messung des Luftfaktors f Mittel zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts der aus der Verbrennungskammer austretenden Verbrennungsprodukte, die Einrichtung zur Zählung des Massendurchsatzes der Verbrennungsluft umfaßt außerdem Mittel zur Analyse des Sauerstoffgehalts der Verbrennungsluft und diese Mittel zur Analyse des Sauerstoffgehalts bestehen aus einem einzigen Sauerstoffgehalts analysator, der abwechselnd an die Verbrennungsproduktabführleitungen und an die Rohrleitung zur Speisung mit Verbrennungsluft angelegt wird.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung besonderer Ausführungen der Erfindung, die als nicht einschränkende Beispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben werden, von denen:
die einzige Figur eine schematische Darstellung einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist, die auf eine Durchgangszone einer Transport- oder Verteilerhauptleitung für einen gasförmigen Brennstoff angewandt wird, und gemäß derer Messungen der Wärmeleistung mit Hilfe eines spezifischen erfindungsgemäßen Nebenkreises durchgeführt werden, wobei eine Schalldüse mit variablem Verengungsquerschnitt in der Transport- oder Verteilerhauptleitung angewandt wird.
Es wird zunächst daran erinnert, daß für einen gegebenen Brennstoff und eine durch ihren Sauerstoffgehalt definierte Verbrennungsluft selbstverständlich eine ein-eindeutige Beziehung zwischen dem Heizwert Pc und dem für die stöchiometrische Verbrennung einer Masseneinheit theoretisch notwendigen Luftvolumen VA gemäß der folgenden Formel besteht:
VA/PC = C (1),
wobei C eine Konstante ist.
Außerdem ist zu beachten, daß dieses Verhältnis VA/PC wenig mit der Art des Brennstoffs variiert, insbesondere im Fall natürlicher Gase.
Als Beispiel haben die natürlichen Gase, die im Verteilernetz der Gaz de France durchlaufen, ein auf 2 Promille stabiles Verhältnis VA/PC.
Die vorliegende Erfindung berücksichtigt die Stabilität dieses Verhältnisses und ermöglicht es, Messungen der Wärmeleistung einfacher als bei den bekannten Verfahren durchzuführen.
Hierfür wird erfindungsgemäß eine durch ihr Luftzufuhrverhältnis oder Luftfaktor f definierte Verbrennung angewandt, wobei f definiert ist als das Verhältnis des tatsächlich verwendeten Luftvolumens va zum für die stöchiometrische Verbrennung erforderlichen Luftvolumen VA: f = va/VA (2). In diesem Fall kann die Zählung der Wärmeleistung Pu allein aus der Messung des Massendurchsatzes der Verbrennungsluft gewonnen werden.
Die Wärmeleistung Pu ist definiert durch:
Pu = Qc Pc (3)
wobei Qc der Massendurchsatz des Brennstoffs und Pc der Brennwert ist.
Aus der Kombination der Gleichungen (1) bis (3) ergibt sich, daß
Pu = Qc va/(f C) (4)
Dabei stellt Qc va den in Verbindung mit dem Durchsatz Qc effektiv verwendeten Durchsatz von Verbrennungsluft dar, so daß Gleichung (5) erhalten wird:
Pu = QAir 1/(f C) (5)
In dem Maße, wie der Luftfaktor f durch eine Regelung konstant gehalten wird, ermöglicht die Messung des Massendurchsatzes der Verbrennungsluft Qair, durch einen einfachen Proportionalitätskoeffizienten den Wert der Wärmeleistung abzuleiten.
Man erkennt dabei, daß der Wert von f beliebig gewählt werden kann, allerdings ist es vorteilhaft, einen Wert des Luftfaktors f gleich 1 oder nahe bei 1 zu wählen.
In dem Fall, daß der Luftfaktor f nicht geregelt wird, variiert dieser insbesondere umgekehrt proportional zu den Änderungen des Luftverbrauchs VA des betrachteten Brennstoffs.
Um den Wert der Wärmeleistung zu bestimmen, ist es dann notwendig, den Massendurchsatz der Luft q air und den Luftfaktor f z. B. mit Hilfe einer Analyse des Restsauerstoffgehalts in den Verbrennungsprodukten zu bestimmen.
Die für den Wert der Wärmleistung Pu erreichte Genauigkeit ist die der Messung des eindeutigen Luftdurchsatzes QA, zuzüglich eines Faktors der Größenordnung 3 bis 7 Promille für ein Gas wie das von Gaz de France vertriebene "H"-Gas. Der Faktor von 7 Promille berücksichtigt die im Fall der Regelung des Luftfaktors erwartete Genauigkeit.
Erfindungsgemäß werden so Messungen der Wärmeleistung mit einer Genauigkeit durchgeführt, die nur von der einer Zähleinrichtung für den Luftdurchsatz abhängt, zu der eine Unsicherheit von nur einigen Promille hinzukommt.
Bei den herkömmlichen Verfahren, die die Messung eines Massendurchsatzes von Brennstoff sowie eine Messung des Brennwerts erfordern, erfordert im Gegensatz dazu, wenn auch die Messung des Brennstoffmassendurchsatzes eine Genauigkeit derselben Größenordnungen wie die einer Messung des Luftmassendurchsatzes haben kann, eine Unsicherheit der Abschätzung des spezifischen Brennwerts von einigen Promille zumeist abschreckende Meßmittel.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit, Messungen der Wärmeleistung allgemein zu verbreiten, deren Genauigkeit mit den besten Laborverfahren vergleichbar ist, und gleichzeitig kontinuierliche Messungen zu ermöglichen.
Eine besondere Ausführung der Erfindung wird jetzt genauer mit Bezug auf die einzige Figur beschrieben.
In der Figur ist eine besondere Ausführung dargestellt, bei der eine Zählung des Massendurchsatzes von Luft zum Zweck der Bestimmung einer Wärmeleistung an einer Hauptdurchgangstransportleitung 1 für eine gasförmige Brennstoffströmung Qgaz durchgeführt wird, die z. B. natürliches Gas sein kann, in Richtung einer stromabwartigen Verwendungszone, mit variablem Druck P2. Die Ausführungsform der Erfindung kann angewandt werden auf einen Abgabeanschluß für einen Fluidbrennstoff vom Transporteur zum Zwischenhändler oder vom Zwischenhändler zu seinem Kunden und ermöglicht die Bestimmung der Wärmeleistung eines gasförmigen Fluids. In diesem Fall umfaßt die Meßvorrichtung einen Nebenkreis 101, zur Entnahme eines Gasdurchsatzes qgaz, der wesentlich kleiner als der ursprüngliche Durchsatz Qgaz ist.
Der Nebenkreis 101 ermöglicht, in einem Abschnitt 8 eine konstante und sehr kleine Fraktion qgaz des Hauptdurchsatzes des Fluidbrennstoffs Qgaz zu entnehmen, um über Rohrleitungen von fixer Geometrie eine angeschlossene Brennkammer 110 zu speisen. Eine Kette 104 zur Regelung des Luftfaktors oder 104' zur Messung des Luftfaktors ist der angeschlossenen Brennkainmer 110 zugeordnet.
Die Kette zur Regelung des Luftfaktors 104 umfaßt eine Sonde 141 und ein Organ 140 zur Modulierung der Luftmenge, mit der die Brennkammer 110 durch die in einer dem Ende der Nebenleitung 101 benachbarten Zone 130 mündende Rohrleitung 103 beaufschlagt wird.
Der Aufnehmer 141, der in dem Fall verwendet wird, daß der Luftfaktor geregelt wird, kann z. B. aus einer Schwellwertsonde bestehen, die vorteilhafterweise eine Zirkonsonde sein kann und eine Genauigkeit der Größenordnung von 3 bis 5 Promille aufweisen kann.
Wie weiter oben angegeben, ist die Kette 104 zur Regelung des Luftfaktors nicht absolut notwendig. Wenn die Regelkette 104 nicht existiert, wird sie ersetzt durch eine Meßkette 104' (in der Figur gestrichelt dargestellt), die an eine Recheneinrichtung 160 den Wert des Luftfaktors f überträgt, der nach Analyse des Restsauerstoffs in den Produkten der vollständigen Verbrennung mit Hilfe eines Aufnehmers 141 erhalten wird, der in diesem Fall kein Schwellwertaufnehmer mehr ist, sondern einen ausgedehnten Meßbereich aufweist.
Ein Luftdurchsatzzähler 106 dient zur Messung des Massendurchsatzes von Verbrennungsluft qair die durch die Rohrleitung 103 eingeführt wird, und liefert der Rechenvorrichtung 160 einen Meßwert des Massendurchsatzes, der verwendet wird zur Verbrennung der Fraktion qgaz des Fluidbrennstoffs, mit dem über die Rohrleitung 101 die der Meßvorrichtung eigene angeschlossene Brennkammer 110 beaufschlagt wird. Die Rechen- und Anzeige- oder Aufzeichnungsvorrichtung 160 für die Wärmeleistung empfängt am Eingang Informationen vom Luftdürchsatzzähler 106 und gegebenenfalls von der Kette 104' zur Analyse des Luftfaktors f.
Die Vorrichtung 160 kann zusätzlich Schaltungen zur zeitlichen Integration der berechneten Wärmeleistungswerte umfassen, um am Ausgang Energiemengenwerte zu liefern.
Die Vorrichtung 106 zur Messung des Luftmassendurchsatzes umfaßt vorteilhafterweise zur Steigerung der Genauigkeit Aufnehmer zur Messung der Temperatur, des Drucks, der Feuchtigkeit und ggf. des Sauerstoffgehalts. Die Kenntnis dieser diversen Parameter ermöglicht, in Abhängigkeit vom durch den Zähler 106 durchgegangenen Luftvolumen pro Zeiteinheit den Luftmassendurchsatz genau zu bestimmen.
Bei der vorliegenden Beschreibung wird angenommen, daß durch die Rohrleitung 103 ein Luftdurchsatz angelegt wird, dessen Wert durch die Meßvorrichtung 106 bestimmt wird, doch berücksichtigt die Erfindung natürlich ebenso den Fall, daß durch die Rohrleitung 103 reiner Sauerstoff angelegt wird.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der Druck in der Zone 8 der Hauptleitung 1, von der die Nebenleitung 101 ausgeht, höher ist als der Druck in der angeschlossenen Verbrennungskammer 110, entspricht eine Zone Z3 der Nebenleitung 101 vorzugsweise einer Zone lokalisierter Druckverluste des Nebenkreises, was eine Eichung des Nebenkreises im Labor ermöglichen kann.
Die geregelte angeschlossene Verbrennungskammer 110 kann in unterschiedlicher Weise verwirklicht werden und kann insbesondere eine Kammer zur katalytischen Verbrennung sein.
Die Vorrichtung 106 zur Messung des Massendurchsatzes der Verbrennungsluft kann diverse Komponenten enthalten, die selber herkömmlich sind. So ist es möglich, eine Niederdruck-Verdrängerpumpe, z. B. eine Zahnstangenpumpe (pompe crémaillère), um den Gasdurchsatz zu erzeugen und zu messen.
Im Fall einer Transport- oder Verteilerhauptleitung 1 für ein Gas entsprechend einem Durchgangsbereich ändern sich die Geometrie oder die Durchsatzkoeffizienten des stromabwärtigen Netzes ständig in Funktion insbesondere der Positionierung diverser von den Anwendern und Kunden kontrollierter Ventilelemente. In diesem Fall ist der dem Verhältnis zwischen dem Hauptgasdurchsatz Qgaz in der Hauptleitung 1 und der entnommenen Gasfraktion qgaz in der Nebenleitung entsprechende Koeffizient K veränderlich. Die Ausführungsform der Fig. 3 ermöglicht, dieses Problem zu beseitigen und weist diverse besondere Maßnahmen auf, die es ermöglichen, sich von den Variationen des stromabwärtigen Drucks P2 zu befreien und folglich ein konstantes Verhältnis zwischen dem entnommenen Gasdurchsatz qgaz in dem Nebenkreis 101 und dem in der Hauptleitung 1 zirkulierenden Hauptdurchsatz Qgaz aufrechtzuerhalten.
Bei der Ausführungsform der Figur ist eine Schalldüse 20 in der Hauptleitung 1 angeordnet, um ein stromaufwärtiges Leitungsstück 11 und ein stromabwärtiges Leitungsstück 12 zu definieren. Die eingezogene Schalldüse 20 umfaßt eine Verengung 21 mit fixem Querschnitt und bestimmt einen Gasdurchsatz Qd in der Hauptleitung 1, der unabhängig vom stromabwärtigen Druck P2 ist und nur vom stromaufwärtigen Druck P1, dem Querschnitt der Verengung 21 der Düse 20 und natürlich den Eigenschaften des Fluids (Dichte, Viskosität, ...) abhängt.
Der Nebenkreis 101 umfaßt seinerseits eine Düse 120 mit einer Schallverengung, und der Nebenkreis 101 ist mit der Hauptleitung 1 unmittelbar stromaufwärts von der in der Hauptleitung angebrachten Düse 20 in einer Zone 8 des stromaufwärtigen Leitungsstücks 11 der Hauptleitung 1 verbunden.
Der Nebenkreis 101 umfaßt in der Nähe der Verbindungszone 8 mit der Hauptleitung 1 einen Einweghahn 81, der nicht zu bedeutenden Druckverlusten führt und außerdem einen Filter 109 aufweisen kann, ebenfalls ohne bedeutende Druckverluste. Der Nebenkreis 101 hat eine fixe Geometrie und umfaßt eine Zone Z3 zur Lokalisierung von Druckverlusten, in der die Düse 120 mit fixer Verengung vorgesehen ist.
Der Nebenkreis 101 mündet in eine angeschlossene Verbrennungskammer 110, die z. B. eine katalytische Verbrennungskammer sein kann, der eine Kette 104 zur Regelung des Luftfaktors oder 104' zur Messung des Luftfaktors zugeordnet ist und die mit einer Rohrleitung 103 zur Versorgung mit Verbrennungsluft ausgestattet ist, an der eine Vorrichtung 106 zur Messung des Luftmassendurchsatzes einer Rechen- und Anzeigevorrichtung 160 zugeordnet, vorgesehen ist. Ein Filter 9 ohne wesentliche Druckverluste kann ebenfalls in der Hauptleitung 1 stromaufwärts von der Zone 8, von der der Nebenkreis 101 ausgeht, angeordnet sein.
Mit der in der Figur dargestellten Meßvorrichtung ist es möglich, eine Wärmeleistung mit großer Genauigkeit anhand der durch die Meßvorrichtung 106 durchgeführten Messung des Luftdurchsatzes durchzuführen, sofern eine Kette 104 zur genauen Regelung oder 104' zur genauen Messung des Luftfaktors vorhanden ist, und auch das Verhältnis der Querschnitte der Hauptdüse 20 und der Nebendüse 120 genau bestimmt ist. Das Verhältnis dieser Querschnitte kann bei der Montage bestimmt werden oder kann durch Eichung der Hauptleitung und der Nebenleitung bestimmt werden. Das Vorhandensein eines Ventils 81 ermöglicht eine bequeme Eichung des Nebenkreises.
Man stellt fest, daß die Messung des Luftdurchsatzes q air mit Hilfe der Vorrichtung 106 sich auf einen relativ wenig variablen Wert bezieht, da die Verbindung des Nebenkreises 101 in einer Zone 8 durchgeführt wird, in der der Druck P1 in der Hauptleitung relativ stabil ist. Dies ermöglicht eine bessere Auswahl des Meßbereichs des Zählers für den Luftmassendurchsatz, und damit eine optimale Genauigkeit.
Im Fall der in der Figur dargestellten besonderen Ausführungsform ist die in der Hauptleitung 1 angeordnete Hauptdüse 20 eine Schalldüse, besitzt aber eine Verengung 21 mit variablem Querschnitt aufgrund der Anwesenheit eines axial im Innern des Körpers 23 der Düse 20 angeordneten Spitzkegels 22. In diesem Fall kann die Schalldüse mit variabler Verengung 20 eine Funktion der Regelung des stromabwärtigen Drucks P2 haben und gleichermaßen einen Zähler für den Durchsatz von gasförmigem Brennstoff durch die Hauptleitung 1 darstellen.
Da der Querschnitt der Verengung der Düse 20 in Abhängigkeit von der Position des beweglichen Spitzkegels entlang der Düsenachse variabel ist, ist das Verhältnis zwischen dem Gasdurchsatz in der Hauptleitung 1 und dem abgeleiteten Gasdurchsatz im Nebenkreis 101 von der Position des Spitzkegels 22 abhängig. Infolgedessen ist der Proportionalitätskoeffizient zwischen dem Wert das von der Meßvorrichtung 106 gemessenen Verbrennungsluftdurchsatzes und der durch die Hauptleitung 1 verteilten -Wärmeleistung seinerseits von der Position des beweglichen Spitzkegels 22 abhängig. Die Position des Spitzkegels 22 kann allerdings z. B. mit Hilfe eines mit dem Spitzkegel 22 verbundenen Peilorgans 24 ständig genau bestimmt werden. Indem eine vorherige Eichung durchgeführt wird, ist es einfach, die Entwicklung des Proportionalitätskoeffizienten zu bestimmen und so die verteilte Wärmeleistung aus dem gemessenen Luftdurchsatz und der Peilung der Position 1 des Spitzkegels 22 entlang der Achse der Düse 20 zu bestimmen.
Die in der Figur dargestellte Ausführungsform ermöglicht somit, eine kalorische Meßvorrichtung mit einem Zählregler wie z. B. dem im französischen Patent 2 341 131 beschriebenen zu kombinieren.
Im Fall der beschriebenen Ausführungsform ist es natürlich auch möglich, diverse Vorrichtungen, z. B. pneumatischer Art, zu verwenden, um den Koeffizienten K der Aufteilung des Brennstofffluiddurchsatzes Qgaz zwischen dem Hauptzweig der Leitung 1 und dem Nebenkreis 101 , der von der Zone 8 der Hauptleitung 1 ausgeht, ständig konstant zu halten oder zu messen. Insbesondere wenn man über eine Meßvorrichtung zur Zählung des Massendurchsatzes des Gases Qgaz in der Hauptleitung verfügt, ist es möglich, den Proportionalitätsfaktor K zwischen dem Durchsatz Qgaz und dem abgeleiteten Durchsatz qgaz zu bestimmen, indem eine Messung des abgeleiteten Gasdurchsatzes qgaz durchgeführt wird. Diese Messung des abgeleiteten Gasdurchsatzes qgaz kann in bevorzugter Weise durch Anwendung einer Düse mit fixer Verengung durchgeführt werden, insbesondere wenn man über einen Anschlußpunkt mit geregeltem Druck verfiigt, oder auch am Ende des Nebenkreises 101, unmittelbar vor der geregelten Verbrennung in der Kammer 110, um die Vorteile hinsichtlich der Genauigkeit, der Kosten und einer Zählung unter Bedingungen in der Nähe der Umgebungsbedingungen zu nutzen.
Im Fall der Verwendung eines Nebenkreises wird eine Lokalisierung und eine Verteilung der Druckverluste des Nebenkreises vorgenommen, um ggf. eine getrennte Eichung von Haupt- und Nebenkreis sowie optimierte Dimensionierung und optimierten Betrieb der im Nebenkreis angeordneten Düse 120 zu ermöglichen.
Es ist zu bemerken, daß ein einziger Nebenkreis 101 mehreren Fluidbrennstofftransportkreisen zugeordnet werden könnte, die unterschiedliche Maße aufweisen und daher mit Düsen von unterschiedlichen Maßen ausgestattet sind, sofern jede der Hauptleitungen mit einem automatischen Einwegventil ausgestattet ist, das keine bedeutenden Druckverluste verursacht und eine abwechselnde Verbindung mit den diversen Leitungsstücken von unterschiedlichen Maßen ermöglicht. Dies kann insbesondere eine Genauigkeitssteigerung der Messung der Wärmeleistung ermöglichen, indem jedesmal das geeignetste Maß gewählt wird.
Man stellt fest, daß bei allen beschriebenen Ausführungsformen die durch die Meßvorrichtung 106 gemessenen Luftmassendurchsätze unter Bedingungen in der Nähe der Umgebungsbedingungen gemessen werden, was insbesondere deswegen vorteilhaft ist, da es ermöglicht, über zahlreiche Materialien zu verfügen, die sich unterschiedlichen Meßbedingungen anpassen können.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen der Wärmeleistung, die von einem insbesondere gasförmigen Strom eines energieerzeugenden Brennstoffs transportiert wird, welcher in einer Durchgangs- Transport- oder Verteiler-Hauptleitung (1) für einen gasförmigen Brennstoffstrom zu einer stromabwärtigen Verwendungszone mit variablem Druck zirkuliert, umfassend eine der Meßvorrichtung zugehörige Verbrennungskammer (110) zur Verbrennung einer bekannten geringen Fraktion (qgaz) des Massendurchsatzes (Qgaz) des in der Leitung (1) zirkulierenden Brennstoffs und eine Kette (104, 104') zur Messung des Luftfaktors (f), mit dem die Verbrennungskammer (110) beaufschlagt wird, oder zur Regelung der Verbrennung in der Verbrennungskammer (110) zwecks Aufrechthaltens eines konstanten Luftfaktors (f), dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Hauptdüse (20) mit einer Schallverengung mit variablem Querschnitt, die in der Hauptleitung (1) angeordnet ist, und einen Nebenkreis (101) für eine bekannte geringe Fraktion (qgaz) des Massendurchsatzes (Qgaz) des in der Hauptleitung (1) zirkulierenden Gasstroms zur Beaufschlagung der geregelten Verbrennungskammer (110) mit dieser geringen Fraktion (qgaz) aufweist, daß der Nebenkreis (101) in einer Zone (8) der Hauptleitung (1) beginnt, welche sich stromaufwärts- der Hauptdüse (20) befindet, und eine Nebendüse (120) mit einer Schallverengung fixer Geometrie aufweist, daß die Verbrennungskammer (110) des Nebenkreises mit Verbrennungsluft über eine Rohrleitung (103) gespeist wird, an der eine Einrichtung (106) zur Zählung des Massendurchsatzes (qair) der zur Verbrennung der Fraktion (qgaz) verwendeten Verbrennungsluft, mit der die Verbrennungskammer (110) beaufschlagt wird, angeordnet ist, und daß sie Rechen- und Anzeige- oder Aufzeichnungsmittel (160) umfaßt, die mit der Zähleinrichtung (106) und der Kette (104, 104') zur Messung oder Regelung des Luftfaktors (f) zwecks Bestimmens und Anzeigens oder Aufzeichnens des Werts der Wärmeleistung (Pu) des in der Hauptleitung (1) zirkulierenden Brennstoffs, ausgehend von den Informationen über den Massendurchsatz (qair) von Verbrennungsluft, die von der Zahleinrichtung (106) übermittelt werden, und über den Luftfaktor (f), die von der Meß- oder Regelungskette (104, 104') übermittelt werden, verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptdüse (20) mit Schallverengung, die die Funktion der Regelung des stromabwärtigen Drucks innehat, eine Verengung aufweist, deren variabler Durchtrittsquerschnitt durch die Position eines beweglichen Spitzkegels (22) definiert ist, welcher im Inneren des Düsenkörpers (20) angeordnet und entlang der Düsenachse in bezug auf die Verengung verschiebbar ist, und daß ein Positionsaufnehmer (24) zur Detektion der Verschiebung und der Position des beweglichen Spitzkegels (22) sowie zur Lieferung von Informationen betreffend die Längsposition dieses Spitzkegels (22) an die Rechen- und Anzeigemittel (160) verwendet wird.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenkreis (101) Abschnitte (Zone Z2 oder Z3) von reduziertem Querschnitt zur Lokalisierung von Druckverlusten aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptleitung (1) mit einem Filter (9) versehen ist, der stromaufwärts der Zone (8) der Verbindung des Nebenkreises (101) mit der Hauptleitung (1) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenkreis (101) mit einem zweiten Filter (109) ohne bedeutende Druckverluste versehen ist, welcher stromaufwärts der Zone (Z3) zur Lokalisierung von Druckverlusten vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenkreis (101) mit einem Einweghahn (81) ausgestattet ist, der am Eingang dieses Kreises (101) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geregelte Verbrennungskammer (110) eine katalytische Verbrennungskammer ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (106) zur Zählung des Massendurchsatzes der Verbrennungsluft eine Niederdruck- Verdrängerpumpe aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zur Detektion von Veränderungen des Verbrennungsluftfaktors mit einer Schwellensonde zur Messung des Restsauerstoffs in den Verbrennungsprodukten aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (106) zur Zählung des Massendurchsatzes der Verbrennungsluft Mittel zur Messung des Volumens, der Temperatur, des Drucks und der Feuchtigkeit der Verbrennungsluft, mit welcher die der Vorrichtung zugehörige Verbrennungskammer (110) beaufschlagt wird, umfaßt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kette (104') zur Messung des Luftfaktors (f) Mittel zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts der aus der der Vorrichtung zugehörigen Verbrennungskammer (110) austretenden Verbrennungsprodukte umfaßt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (106) zur Zählung des Massendurchsatzes der Verbrennungsluft auch Mittel zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts der Verbrennungsluft aufweist, und daß die Mittel zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts aus einem einzigen Sauerstoffgehaltanalysator bestehen, der abwechselnd an die Verbrennungsprodukte-Abführleitungen und an die Rohrleitung (103) zur Speisung mit Verbrennungsluft angelegt wird.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen- und Anzeige- oder Aufzeichnungsmittel (160), die mit der Zähleinrichtung (106) und der Meß- oder Regelkette (104, 104') für den Luftfaktor (f) verbunden sind, Schaltungen zur zeitmäßigen Integration der errechneten Werte der Wärmeleistung zwecks Abgabe von Energiemenge-Werten am Ausgang umfassen.