JP2792881B2

JP2792881B2 - 流体燃料の熱量を計測する方法および装置

Info

Publication number: JP2792881B2
Application number: JP1020690A
Authority: JP
Inventors: レミ、ギーレ
Original assignee: GAAZU DO FURANSU
Current assignee: GAAZU DO FURANSU
Priority date: 1988-01-29
Filing date: 1989-01-30
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: JPH01233355A; ATE94987T1; FR2626673A1; NO302444B1; CA1325343C; DE68909260D1; FR2626673B1; DE68909260T2; NO890291D0; EP0326494A1; NO890291L; EP0326494B1

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は燃料物質の流れにより運ばれる熱量を計測す
る方法と装置とに関し、特に、メインダクトに沿って流
れる気体燃料により供給される熱量を計測する方法と装
置とに関する。

［従来の技術］従来の熱量計測に於いては、つねに次の二つの「一次
的な」量を知ることが必要とされてきた。

ａ）燃料物質の質量流量ｂ）燃料物質の単位質量あたりの発熱量質量流量の計測は多くの技術者にとって容易であり、
その不確かさの程度は確認可能であり且つ使用機器に直
接的に関係するものであり、使用されるそれらの機器は
多くの場合連続運転可能である。それに反し発熱量は、
依然として測定困難な量であり、比較的高価な手段（高
額な資本投下、経験を積んだ人員）を必要とし、また、
不連続な値として表される（例えば、発熱量を決めるた
めの一つの試料のクロマトグラフィ分析には約15分かか
る）。

燃料物質の熱量を手軽に計測することが困難なことの
直接的帰結および主たる不利益は、エネルギが一般に、
熱量ではなく「重量」で売られることである。

特に、管路により配給される気体燃料に於いては、配
給業者が供給者（輸送業者）からガスを購入し次いで消
費者へとガスを販売する際に、イ）実際に測定されたガスの標準容積（いわゆる「標準
状態」に於けるガスの容積で、重量に対応する）とロ）ガスの発熱量の推定値とに基づいて取引されるという結果となる。

配給されるガスの単位重量あたり発熱量が大きく変動
するたびに、当然ながらしばしば意見の不一致を生み訴
訟さえも起こる。一例をあげれば、フランスに於いてい
わゆる「Ｈガス」配給網により配給される天然ガスの調
整に許容されている変動範囲は、その平均値のほぼ18％
である。

［発明が解決しようとする課題］本発明は、上述の欠点を取り除き、燃料の流れ、とり
わけガスの流れにより運ばれる熱量を、連続的に計測す
る場合にも人員の介入を要することなく、しかも現存す
る設備を用いて正確且つ効果的に計測し得るようにする
ことを目的とする。

［発明の概要］本願発明の第１の特徴は、燃料物質のガス流を運ぶた
めの輸送用又は配給用のメインダクト（１）に沿って、
圧力が変動し易い下流の利用区域に向かって流れる燃料
物質の流れ、特定的にはガス流、により運ばれる熱量を
計測するための計測装置であって、前記ダクト（１）に
沿って流れる燃料物質の質量流量（Qgas）の周知の微小
量（ｑgas）を燃焼するための、計測装置に特有の燃焼
室（110）、及び該燃焼室（110）に適用される空気比
（ｆ）を計測するための、又は空気比（ｆ）を一定に維
持するために前記燃焼室（110）内での燃焼を調整する
ためのシステム（104、104′）を有する計測装置におい
て、前記メインダクト（１）内に配置された、可変断面
のスロート部を備えたメインノズル（20）と、前記メイ
ンダクト（１）に沿って流れるガス流の質量流量（Qga
s）の周知の微小量（ｑgas）を、前記制御燃焼室（11
0）に加えるため、取り出すための分岐回路（101）とを
有し、前記分岐回路（101）は、前記メインノズル（2
0）の上流に配置された前記メインダクト（１）の区域
（８）内に有り、固定形状のスロート部を備えた第２ノ
ズル（120）を有し、前記分岐回路の前記燃焼室（110）
には、前記燃焼室（110）に適用される、微小量（ｑga
s）の燃焼に使用される酸化用空気の質量流量（ｑair）
を計測するために計量器（106）が取り付けられたパイ
プ（103）を介して酸化用空気が供給され、更に、前記
計量器（106）が出力した酸化用空気の質量流量（ｑai
r）に関するデータ及び前記計測又は調整システム（10
4、104′）が出力した空気比（ｆ）に関するデータに基
づいて、前記メインダクト（１）に沿って流れる物質の
熱量（Pu）の値を決定し、表示し、又は記憶するため、
前記計量器（106）及び空気比（ｆ）を計測し調整する
ためのシステム（104、104′）に接続された演算表示又
は記憶手段（106）を有することを特徴とする装置であ
る。

本願発明の第２の特徴は、下流圧力調整機能を備え
た、スロート部を持つ前記メインノズル（20）は、前記
スロート部の流れ断面が可変になされ、前記流れ断面
は、ノズルの軸線に沿って前記スロート部に対して並進
移動可能な、ノズル（22）の本体内に配置された可動円
錐体（22）の位置によって決定され、演算表示手段（16
0）に前記円錐体（22）の長手方向位置に関するデータ
を提供するため、位置センサ（24）を使用して可動円錐
体（22）の変位及び位置を検出することを特徴とする装
置である。

本願発明の第３の特徴は、前記分岐回路（101）は、
ヘッド損失を生じる断面減少部（Z2又はZ3）を有するこ
とを特徴とする装置である。

本願発明の第４の特徴は、前記メインダクト（１）に
はフィルタ（９）が設けられ、このフィルタは、前記分
岐回路（101）を前記メインダクト（１）に連結するた
めの前記区域（８）の上流に配置されていることを特徴
とする装置である。

本願発明の第５の特徴は、前記分岐回路（101）に
は、ヘッド損失が実質的にない第２フィルタ（109）が
設けられ、このフィルタは、ヘッド損失が存在するゾー
ン（Z3）の上流に配置されていることを特徴とする装置
である。

本願発明の第６の特徴は、前記分岐回路（101）は、
開閉コック（81）が装着してあり、このコックは、前記
回路（101）への入口に配置されていることを特徴とす
る装置である。

本願発明の第７の特徴は、前記制御燃焼室（110）
は、触媒燃焼型であることを特徴とする装置である。

本願発明の第８の特徴は、空気の質量流量を計測する
ための前記計量器（106）は、低圧の容積式ポンプであ
ることを特徴とする装置である。

本願発明の第９の特徴は、燃焼生成物中の残留酸素を
計測する閾値プローブを含む、燃焼空気比の変動を検出
するための装置を有することを特徴とする装置である。

本願発明の第10の特徴は、酸化用空気の質量流量を計
測するための前記計量器（106）は、本装置に特有の燃
焼室（110）に加えられた酸化用空気の容積、温度、圧
力、及び湿度を計測するための手段を含むことを特徴と
する装置である。

本願発明の第11の特徴は、空気比（ｆ）を計測するた
めの前記システム（104′）は、本装置に特有の燃焼室
（110）からの燃焼生成物の酸素含有量を分析するため
の手段を含むことを特徴とする装置である。

本願発明の第12の特徴は、酸化用空気の質量流量を計
測するための前記計量器（106）は、酸化用空気の酸素
含有量を分析するための手段を更に有し、酸素含有量を
分析するための前記手段は、単一の酸素含有量分析器に
よって構成され、この分析器は、燃焼生成物を排出する
ためのダクト及び酸化用空気を供給するためのダクトに
も適用されることを特徴とする装置である。

本願発明の第13の特徴は、前記計量器（106）及び空
気比（ｆ）を計測し又は調整するための前記システム
（104、104′）に接続された前記演算表示又は記録手段
（160）は、エネルギの合計量を表す出力を出すため、
算出された熱量を時間に対して積分するための回路を含
むことを特徴とする装置である。

つぎに、図面を参照しつつ本発明の実施例について説
明する。

［実施例］初めに、燃料の燃焼について簡単に説明する。

燃料を酸化するための一定の酸素含有量を有する空気
の単位質量の燃料の化学量論的燃焼を遂行するに必要と
される理論空気量VAと、燃料の発熱量Pcとの間には一対
一の対応があり、それは次式で示される。

VA/Pc＝Ｃ（１）ここに、Ｃは定数である。

そのうえ、このVA/Pc比は、燃料の性質としてあまり
変動せず、特に燃料が天然ガスである場合には殆ど変動
しない。

例えば、フランスのガス配給網に配送される天然ガス
のVA/Pc比は、千分の二以内の安定度を有している。

本発明は、この比の安定性を考慮に入れ、従来の方法
よりも簡単な手法にて熱量を計測することを可能にす
る。

これを実行するため、本発明の方法では、通風の程度
すなわち空気比ｆを調整して完全燃焼を行わせる。ここ
に、空気比ｆは、実際空気量vaと化学量論的燃焼を遂行
するに必要とされる理論空気量VAとの比として定義され
る。

ｆ＝va/VA （２）この場合に、熱量Puは、酸化用空気の質量流量を計測
することにより簡単に測定され得る。

熱量Puは次のように定義される。

Pu＝Qc・Pc （３）ここに、Qcは燃料の質量流量であり、Pcは燃料の単位
質量あたりの発熱量である。

（１）式ないし（３）式を組み合わせることにより、
次式を得る。

Pu＝Qc・va/（ｆ・Ｃ）（４）ところでQc・vaは、実際に使用される空気の質量流量
qair、すなわち、燃料の流量Qcに組み合わせられる酸化
用空気の流量を表す。そこで、（４）式は次のように表
すことが出来る。

Pu＝qair・1/（ｆ・Ｃ）（５）空気比ｆは調整されて一定値に保たれるので、酸化用
空気の質量流量qairを計測し「重み」をつける係数を掛
けるだけの簡単な手続きにて熱量を得ることが出来る。

空気比ｆの値は１に等しいか又は１に近いのが有利で
あるが、この空気比ｆの値は任意に選択し得る。

もしも空気比ｆが調整されないならば、空気比ｆは、
その燃料の酸化剤消費能力VAの変化とは反対方向に変化
しよう。

熱量を決定するためには、空気の質量流量qairを計測
することが必要であり、さらに、例えば燃焼生成物中の
残留酸素含有量を分析することにより空気比ｆを知るこ
とが必要である。

得られる熱量Puの精度は、フランスのガス施設にて配
給される「Ｈガス」等のガスに於いてはほぼ千分の三な
いし千分の七である過剰空気率の計測精度と空気流量の
計測精度とによる。千分の七の率は、空気比が調整され
る場合に見込まれる精度を考慮したものである。

こうして本発明により熱量の計測が行われ、その精度
は空気流量計測装置の精度のみに依存し、付随する不確
かさはわずかなものにすぎない。

それに対し、従来の方法は燃料の質量流量とその発熱
量との双方が計測されることを必要とし、燃料の質量流
量の計測精度は空気の質量流量の計測精度と同程度であ
るが、千分の幾つかにも達する発熱量に於ける不確かさ
は、しばしば購入を思い止どまらせるほどの高価な計測
装置を必要とする。本発明の方法は熱量計測の普及を可
能にし、しかもその精度は、継続的計測が可能であるに
も拘らず研究室に於ける最良の計測と比較し得るほどに
高精度である。

つぎに、第１図ないし第３図を参照しつつ、本発明の
多様な実施例について詳細に説明する。

第１図は、配給網末端のメインダクト１により運ばれ
る熱量を確認する目的で空気の質量流量が計測される第
１実施例を示しており、メインダクト１は一定の幾何学
的形状を有しており、かつ、反応を規制する囲い10の内
部の熱反応の中へと開口している。メインダクト１の中
には例えば天然ガス等のガス状流体であってよい流体燃
料の流れQgasが流れているが、これは、炭化水素等の液
状流体であってもよい。燃料物質の流れはダクト１から
バーナ２へと供給され、給気ダクト３から囲い30へと入
る酸化用空気もまた開口部31を経てバーナ２へと供給さ
れる。

第１図の実施例に於いては、主要な給気ダクト３から
主燃焼室10の内部の熱反応へと供給される空気の流量は
計測されないので、主燃焼室10の中の熱反応を調整する
ために空気の流量を自由に調節してよい。

こうして、第１図に示された実施例は、主たる熱反応
の妨げとなることなく熱量を計測することを可能にす
る。この計測は、流体燃料の流量Qgasを調節する装置７
の下流区域８にて流体燃料の主たる流れQgasから一定の
微少量qgasを分流する分岐回路101によりなされる。こ
の微少量qgasは、一定の幾何学的形状を有する配管を通
って補助燃焼室110へと流れる。ダクト111は、主燃焼室
10と分岐回路の燃焼室110との間の圧力を平衡させるよ
うに働く。補助燃焼室110には、空気比調整装置104また
は空気比計測装置104′が組み合わせられる。

空気比調整装置104は、プローブ141と、パイプ103を
経由して燃焼室110へと供給される空気の流量を調節す
るための部材140とを含んでいる。パイプ103は、分岐管
101の端部に隣接する区域130の中へと開口している。

空気比が調整される際に使用されるセンサ141は、例
えばジルコニウムプローブであってよいいき値検出プロ
ーブにより構成されてよく、それは、ほぼ千分の三ない
し五の精度をもたらす。

上に述べたように、空気比調整装置104は、絶対的に
必要なものではない。もしも空気比調整装置104が取り
除かれ空気比計測装置104′（第１図に一点鎖線にて描
かれている）に置換されたならば、空気比計測装置10
4′は、完全燃焼後の生成物中に残留している余剰酸素
を分析したのちコンピュータ装置160へと空気比ｆを転
送する。その際には、センサ141は最早、いき値検出セ
ンサではなくて広い測定域を有するセンサである。

分岐燃焼回路に於ける空気比ｆが調整されたならば、
主回路３の空気流量と分岐回路103の空気流量とを、連
動するように機械的に連結することが可能である。

パイプ103により運ばれる酸化用空気の質量流量qair
を計測するため空気流量計106が使用され、本計測装置
の補助燃焼室110へとパイプ101により運ばれる流体燃料
の微少量qgasを燃焼させるために使用されるこの酸化用
空気の流量の測定値は、コンピュータ装置160へと供給
される。熱量を計算し、表示または記録を行うコンピュ
ータ装置160は、空気流量計106からの情報を受取り、空
気比ｆを分析する装置104′からの情報を使用する。

また、この装置160は、エネルギ量を表す出力値を与
えるため、熱量の計算値を長期にわたり積分する回路を
含んでいてよい。

一層すぐれた確度を得るため、空気の質量流量を計測
する計量器106は、温度と圧力と湿度とを計測するセン
サを含み、さらに、出来得れば酸素含有量を測るセンサ
をも含むのが好都合である。これらの多様なパラメータ
を知ることは、単位時間あたりの空気の質量流量を、計
量器106を通過する空気の体積の関数として正確に計測
することを可能にする。

以上の説明に於いてはパイプ103から酸化用空気が供
給されたけれども、パイプ103から純酸素が加えられて
もよい。

メインダクト１及び分岐回路101はともに固定的な一
定の幾何学的形状を有しているので、区域８の下流のメ
インダクト１を通ってバーナ２へと供給される流体燃料
の流量Qdは、分岐管101を通る燃料の流量に比例する。
従って、メインダクト１を経由して加えられる熱量は、
計量器106により計測される空気の質量流量qairに比例
することになる。

分岐管101の上流端に於けるメインダクト１の区域８
の圧力が補助燃焼室110の内部の圧力よりも高いことを
前提として、分岐管101の区域Z2が分岐回路に於ける局
部的ヘッド損失区域を構成するのが望ましく、それによ
りこの分岐回路の、実験室に於ける校正が可能となる。

制御される補助燃焼室110は様々な異なる方式にて作
られてよく、特に、触媒燃焼型であってよい。

酸化用空気の質量流量を計測するための計量器106
は、様々な従来の構成要素をそれ自身の中に含んでいて
よい。ガス状流体の流れを作り出し且つ計算するため、
例えばラックとピニオン型の低圧容積式ポンプを使用す
ることが出来る。

第２図を参照すれば、下流の利用区域へと気体燃料物
質の流れを輸送するためのメインダクト１に熱量計測装
置が取り付けられており、その場合に、下流の利用区域
に於ける圧力P2は一定ではない。第２図に示された実施
例は、輸送業者が配給業者に流体燃料を引き渡す場所あ
るいは配給業者が消費者に燃料を引き渡す場所に適用さ
れてよく、ガス状流体の熱量を計測するために使用され
得る。この実施例に於いても本計測装置は、初めのガス
の流れQgasよりもはるかに少量のガスの流れqgasを取り
出す目的で、第１図の分岐回路に類似の分岐回路101を
含んでいる。

メインダクト１がガス状流体を輸送または配給する為
の配送ダクトであるとき、特に使用者及び消費者により
使用される様々なコックの位置の関数として、配給網下
流の幾何学的形態もしくは流量係数が連続的に変化す
る。この場合に、メインダクト１を流れるメインガスの
流量Qgasと分岐管に分流する微少なサンプルガスの流量
qgasとの比に相当する係数Ｋは変動しやすい。第３図に
示された実施例は、この問題点を解決し、下流に於ける
圧力P2の変動を無視することを可能にする種々の特別な
配置を有しており、その結果、分岐回路101を流れるサ
ンプルガスの流量qgasとメインダクト１を流れるメイン
ガスの流量Qgasとの比を一定に保つことを可能にする。

第２図の実施例に於いては、メインダクト１に超音速
ノズル20が配置されて上流部11と下流部12とを形成して
いる。集束し発散する超音速ノズル20は固定的な断面を
有する咽喉部21を含んでおり、メインダクト１を流れる
ガスの流量Qdを、下流の圧力P2には左右されることな
く、上流の圧力P1と、ノズル20の咽喉部21の断面と、流
体の物理的特性（密度、粘性など）とのみに依存するよ
うにする。

分岐回路101もまた咽喉部を有する超音速ノズル120を
含んでおり、分岐回路101は、メインダクト１の上流部1
1の区域８に於いて、この主回路に設けられたノズル20
のすぐ上流に接続されている。

分岐回路101がメインダクト１に接続される区域８の
付近に於いて、分岐回路101に栓もしくはコック81が設
けられている。前記のコック81は、甚だしいヘッド損失
を生ずることのない通路を有しているが、さらに、甚だ
しいヘッド損失を生ずることのないフィルタ109を含ん
でいてもよい。分岐回路101は固定的な幾何学的形態を
有し且つ局部的ヘッド損失区域Z3を含んでおり、前記区
域Z3には、咽喉状ノズル120が固定されている。

分岐回路101は、例えば触媒燃焼型チャンバであって
よい補助燃焼室110の中へと開口している。補助燃焼室1
10には、空気比調整装置104または空気比計測装置104′
が組み合わせられており、さらに、情報処理表示装置10
6に組み合わせられる流量計106を含む酸化用空気供給ダ
クト103が取り付けられている。メインダクト１の、分
岐回路101の上流端が分岐する区域８から見て上流の位
置にも、甚だしいヘッド損失を生ずることのないフィル
タ９が配置されてよい。

空気比調整装置104もしくは空気比計測装置104′が正
確であり、さらに、メインノズル20の断面と第二ノズル
120の断面との比が正確に判っているならば、第２図の
計測装置にて、計量器106により計測される空気流量か
ら極めて正確に熱量Puが算定され得る。これらの断面の
比は、組み立てに際して決定されてもよく、また、主回
路と分岐回路との校正により決定されてもよい。コック
81は分岐回路の校正を容易にする。

分岐回路101の上流端が接続されている区域８の圧力
は比較的安定なメインダクト圧力P1であるから、計量器
106によって行われる空気流量qairの計測は、比較的変
動の少ない値に係わる。このことは、空気の質量流量を
計測するために、適切に校正された計量器を入手するこ
とを容易にし、それにより最高の精度をもたらす。

補助燃焼室110と、空気比調整装置104または空気比計
測装置104′と、空気の質量流量を測る計量器106と、計
量器106から提供されたデータを処理するための情報処
理装置160とは、いずれも第１図に示された対応する品
目と同様であるので、ここに繰り返して述べることを省
略する。

第３図に示されているものは、第２図の計測装置を変
形した実施例である。

第３図に於いても、メインダクト１に取り付けられた
メインノズル20は超音速型であり、その咽喉部21は、ノ
ズル20の本体23の内側に軸方向へと向けて配置された円
錘体22によりその断面を変化させられる。この場合に、
可変咽喉部を有するこの超音速ノズル20は、下流の圧力
P2を調整するために使用されてよく、また、メインダク
ト１を流れるガス状流体燃料の流量を計測する計器とし
て構成されてもよい。第２図の実施例と同様に、ノズル
20の上流区域８に於いて、分岐回路101がメインダクト
１に接続されている。

ノズル20の咽喉部の断面は、可動円錘体22の、ノズル
の軸に沿う位置の関数である。それゆえ、メインダクト
１を流れるガスの流量と分岐回路101を流れるガスの流
量との比も、円錘体22の位置の関数である。したがっ
て、計量器106により計測される酸化用空気の流量とメ
インダクト１により供給される熱量との間の比例定数も
また、可動円錘体22の位置に依存する。ところで円錘体
22の位置は、たとえば円錘体22に固定された測量部材24
により、正確に且つ恒常的に測定され得る。前記の比例
定数と円錘体の位置との関係は事前の校正により容易に
知ることが出来るので、供給される熱量を、空気流量の
測定値の関数として、すなわち、取りもなおさず円錘体
22のノズル軸方向位置の測定値１の関数として計測する
ことが可能となる。

こうして第３図の実施例は、熱量計測装置に、たとえ
ばフランス特許第2,341,131号に述べられているような
調整機能付き計器を組み合わせることを可能にする。

メインダクト１を流れる流体燃料の流量Qgasと分岐回
路101を流れる燃料の流量との比で定義される係数Ｋの
恒常的な又は恒久的な計測を維持する目的で、たとえば
空気作動型機器などの様々な機器を第１図ないし第３図
に示された実施例に組み合わせて使用することが、当然
ながら可能である。もし、メインダクト１を流れるガス
の質量流量Qgasを計測する計測装置が利用できるなら
ば、分岐回路のガス流量qgasを計測することにより、メ
インダクトの流量Qgasと分岐回路の流量qgasとの両者間
の比例定数Ｋが判る。精度と費用との観点からも、ま
た、ほぼ澱みなく流れる状況下にて計測が行われるほう
が有利であるという事情からも、分岐回路のガス流量qg
asは、もし仮に接続点の圧力が安定しているならば固定
的な咽喉部を有するノズルにより計測されるのが望まし
く、そうでないならば補助燃焼室110の内部で行われる
制御された燃焼のすぐ上流の地点の、分岐回路101の末
端にて計測されるのがよい。

分岐回路を使用するに際しては、主回路と分岐回路と
の双方を独立に校正することが可能となり且つ分岐回路
101のノズル120の寸法と作用とが最高となるようにして
分岐回路に於けるヘッド損失発生部位が局限され且つ配
分される。

寸法の異なるノズルを主回路に設けることにより、直
径の異なる多数の主回路に対して一つの分岐回路101を
組み合わせることが可能である。この場合には、多様な
主回路への接続部の各々に、甚だしいヘッド損失を生ず
ることのない制御弁が設けられるべきであり、それによ
り、単一の分岐回路101を、異なる寸法を有する多数の
流体燃料輸送用主回路に順次切り替えて接続することが
可能となる。それぞれの場合にもっとも適した校正ノズ
ルを選択することにより、熱量計測の確度を向上させる
ことが可能である。

上述のいずれの実施例に於いても、計量器106による
空気の質量流量の計測はほぼ澱みなく動く状況下にて行
われるのであるが、このことは、様々な異なる計測条件
に適合し得る多様な形式の機器の使用を可能とするので
好都合である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、熱量計測が行われる特殊な分岐回路が、燃焼
室の中へと開口しているメインダクトに接続される本発
明の第一実施例の概略図、第２図は、気体燃料を配給するメインダクトに分岐回路
が接続される本発明の第二実施例の概略図、第３図は、咽喉部の断面積を変化させ得る超音速ノズル
がメインダクトに設けられている、第二図の実施例の変
更の概略図である。１……メインダクト、２……バーナ、３……給気ダク
ト、７……流量調節用ダンパ、８……分岐管が接続され
る区域、9,109……フィルタ、10……主燃焼室、11……
メインダクトの上流部、12……メインダクトの下流部、
20……超音速ノズル、21……咽喉部、22……円錘体、23
……ノズルの本体、24……測量部材、30……囲い、31…
…開口部、81……コック、101……分岐回路、103……酸
化用空気を供給するためのパイプ、104……空気比調整
装置、104′……空気比計測装置、106……空気流量計、
110……補助燃焼室、111……圧力平衡ダクト、120……
分岐回路の超音速ノズル、130……給気パイプ103の、分
岐管に隣接する部分、140……空気流量調節部材、141…
…プローブ、160……コンピュータ、ｆ……空気比、Ｋ
……メインガスとサンプルガスとの比、１……円錘体の
軸方向位置、P1……ノズルの上流の圧力、P2……ノズル
の下流の圧力、Pc……燃料の単位重量あたりの発熱量、
Pu……メインダクトを流れる燃料により供給される熱
量、Qc……燃料の質量流量、Qd……メインダクトを流れ
る燃料の流量、Qgas……供給される燃料の質量流量、qg
as……分岐管を流れるサンプルガスの質量流量、Qair…
…主燃焼室へ送られる酸化用空気、qair……制御される
補助燃焼室で実際に使用される空気の質量流量、VA……
燃料の単位質量あたりの理論空気量、va……燃料の単位
質量あたりの実際空気量、Z2,Z3……分岐管の局部的ヘ
ッド損失区域。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料物質のガス流を運ぶための輸送用又は
配給用のメインダクト（１）に沿って、圧力が変動し易
い下流の利用区域に向かって流れる燃料物質の流れ、特
定的にはガス流、により運ばれる熱量を計測するための
計測装置であって、前記ダクト（１）に沿って流れる燃
料物質の質量流量（Qgas）の周知の微小量（ｑgas）を
燃焼するための、計測装置に特有の燃焼室（110）、及
び該燃焼室（110）に適用される空気比（ｆ）を計測す
るための、又は空気比（ｆ）を一定に維持するために前
記燃焼室（110）内での燃焼を調整するためのシステム
（104、104′）を有する計測装置において、前記メインダクト（１）内に配置された、可変断面のス
ロート部を備えたメインノズル（20）と、前記メインダ
クト（１）に沿って流れるガス流の質量流量（Qgas）の
周知の微小量（ｑgas）を、前記制御燃焼室（110）に加
えるため、取り出すための分岐回路（101）とを有し、
前記分岐回路（101）は、前記メインノズル（20）の上
流に配置された前記メインダクト（１）の区域（８）内
に有り、固定形状のスロート部を備えた第２ノズル（12
0）を有し、前記分岐回路の前記燃焼室（110）には、前
記燃焼室（110）に適用される、微小量（ｑgas）の燃焼
に使用される酸化用空気の質量流量（ｑair）を計測す
るために計量器（106）が取り付けられたパイプ（103）
を介して酸化用空気が供給され、更に、前記計量器（10
6）が出力した酸化用空気の質量流量（ｑair）に関する
データ及び前記計測又は調整システム（104、104′）が
出力した空気比（ｆ）に関するデータに基づいて、前記
メインダクト（１）に沿って流れる物質の熱量（Pu）の
値を決定し、表示し、又は記憶するため、前記計量器
（106）及び空気比（ｆ）を計測し調整するためのシス
テム（104、104′）に接続された演算表示又は記憶手段
（106）を有することを特徴とする、装置。
【請求項２】下流圧力調整機能を備えた、スロート部を
持つ前記メインノズル（20）は、前記スロート部の流れ
断面が可変になされ、前記流れ断面は、ノズルの軸線に
沿って前記スロート部に対して並進移動可能な、ノズル
（22）の本体内に配置された可動円錐体（22）の位置に
よって決定され、演算表示手段（160）に前記円錐体（2
2）の長手方向位置に関するデータを提供するため、位
置センサ（24）を使用して可動円錐体（22）の変位及び
位置を検出することを特徴とする、請求項１に記載の装
置。
【請求項３】前記分岐回路（101）は、ヘッド損失を生
じる断面減少部（Z2又はZ3）を有することを特徴とす
る、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】前記メインダクト（１）にはフィルタ
（９）が設けられ、このフィルタは、前記分岐回路（10
1）を前記メインダクト（１）に連結するための前記区
域（８）の上流に配置されていることを特徴とする、請
求項１又は２に記載の装置。
【請求項５】前記分岐回路（101）には、ヘッド損失が
実質的にない第２フィルタ（109）が設けられ、このフ
ィルタは、ヘッド損失が存在するゾーン（Z3）の上流に
配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記
載の装置。
【請求項６】前記分岐回路（101）は、開閉コック（8
1）が装着してあり、このコックは、前記回路（101）へ
の入口に配置されていることを特徴とする、請求項１又
は２に記載の装置。
【請求項７】前記制御燃焼室（110）は、触媒燃焼型で
あることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項８】空気の質量流量を計測するための前記計量
器（106）は、低圧の容積式ポンプであることを特徴と
する、請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の装
置。
【請求項９】燃焼生成物中の残留酸素を計測する閾値プ
ローブを含む、燃焼空気比の変動を検出するための装置
を有することを特徴とする、請求項１乃至８のうちのい
ずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】酸化用空気の質量流量を計測するための
前記計量器（106）は、本装置に特有の燃焼室（110）に
加えられた酸化用空気の容積、温度、圧力、及び湿度を
計測するための手段を含むことを特徴とする、請求項１
乃至９のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】空気比（ｆ）を計測するための前記シス
テム（104′）は、本装置に特有の燃焼室（110）からの
燃焼生成物の酸素含有量を分析するための手段を含むこ
とを特徴とする、請求項１乃至８のうちのいずれか一項
に記載の装置。
【請求項１２】酸化用空気の質量流量を計測するための
前記計量器（106）は、酸化用空気の酸素含有量を分析
するための手段を更に有し、酸素含有量を分析するため
の前記手段は、単一の酸素含有量分析器によって構成さ
れ、この分析器は、燃焼生成物を排出するためのダクト
及び酸化用空気を供給するためのダクトにも適用される
ことを特徴とする、請求項11に記載の装置。
【請求項１３】前記計量器（106）及び空気比（ｆ）を
計測し又は調整するための前記システム（104、104′）
に接続された前記演算表示又は記録手段（160）は、エ
ネルギの合計量を表す出力を出すため、算出された熱量
を時間に対して積分するための回路を含むことを特徴と
する、請求項１乃至12のうちのいずれか一項に記載の装
置。