NL1014749C2 - Inrichting en werkwijze voor het bepalen van de energie-inhoud van een stroom gas. - Google Patents

Description

Inrichting en werkwijze voor het bepalen van de energie-inhoud van een stroom pas.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het bepalen van de energie-inhoud van een stroom gas, omvattende een hoofddoorlaat voor gas voorzien 5 van een monsterleiding waarop zijn aangesloten een flowmeter alsmede een meter voor het bepalen van de verbrandingswaarde van het gas. Een dergelijke inrichting is in de stand der techniek algemeen bekend. Dit zijn in het algemeen kostbare inrichtingen welke gebruikt maken van gecompliceerde sensoren. Daarom is het toepassingsgebied van dergelijke inrichtingen beperkt. Een voorbeeld van een dergelijke inrichting is een 10 combinatie van een flowmeter met een gaschromatograaf. Een flowmeter is in het algemeen een roterende inrichting. De gaschromatograaf is een gevoelig en kostbaar instrument.

Het is het doel van de onderhavige uitvinding in een inrichting te voorzien die op veel meer eenvoudige wijze de energie-inhoud van een stroom gas bepaalt. Een 15 dergelijke constructie moet onderscheiden worden van in de stand der techniek bekende constructies waarbij uitsluitend de energie-inhoud van een monster bepaald wordt. Indien de totale flow niet bekend is, kunnen geen uitspraken gedaan worden over de totale energie-inhoud (c.q. koolwaterstoffen inhoud).

Dit doel wordt bij een hierboven beschreven inrichting verwezenlijkt doordat die 20 hoofddoorlaat een venturi omvat, dat die flowmeter omvat die venturi alsmede die monsterleiding, waarvan een uiteinde stroomopwaarts van die venturi aangebracht is en een uiteinde nabij de venturikeel aangebracht is .

Door gebruik van een venturi kan op bijzonder eenvoudige wijze de flow van het gas bepaald worden door het bepalen van het drukverschil.

25 Bovendien is gebleken dat de inrichting verder vereenvoudigd kan worden door de verbrandingswaarde te meten met een gebruikelijke universele koolwaterstoffen sensor. In dat geval is het volgens de uitvinding noodzakelijk in middelen te voorzien om extra zuurstof (lucht) toe te voeren aan het gas in de aftak/monsterleiding.

Op deze wijze kan een bijzonder goedkope inrichting verkregen worden voor het 30 bepalen van de energie-inhoud van een stroom gas. Daardoor ontstaan volledig nieuwe toepassingsmogelijkheden.

Een toepassing is het bepalen van de omvang van dampverwerkingsinstallaties. In raffinaderijen en der gelijke worden vrijkomende gassen in de stand der techniek 1014749 2 rechtstreeks geloosd of afgefakkeld. Steeds meer wordt voorgeschreven dat dit affakkelen niet langer toegestaan is. Een toegepast alternatief is het gebruik van verbrandingsmotoren die geheel of gedeeltelijk met dergelijke gassen bedreven worden. In alle gevallen, ook bij conventionele installaties, is het van belang bekend te 5 zijn met de omvang en de verbrandingseigenschappen van het te behandelen gas. Immers, enerzijds dient een installatie zodanig uitgevoerd te worden dat deze een voldoende maximum capaciteit heeft, maar anderzijds is het onwenselijk dat de installatie een te grote maximum capaciteit heeft omdat dan tijdens normaal bedrijf de installatie, zoals de hierboven beschreven verbrandingsmotor, niet op optimale wijze 10 werkzaam is of daaraan een grote hoeveelheid “normaal verkregen” brandstof toegevoerd moet worden. Door de hierboven beschreven inrichting toe te passen kan op nauwkeurige wijze bepaald worden hoeveel damp onder normale omstandigheden bewerkt dient te worden en aan de hand daarvan de installatie uitgevoerd worden.

Een verder voorbeeld voor de toepassing van de inrichting volgens de uitvinding 15 is het gebruik bij opslagtanks voor stoffen die brandbare dampen uitstoten. Daarbij is het gebruikelijk op bijvoorbeeld een vloeistof als benzine in een tank een zwevend dak aan te brengen. Het volume dat zich tussen het zwevende dak en het vaste dak van de opslagtank bevindt verandert regelmatig door het vullen en lossen van de inhoud enerzijds en het door temperatuursinvloeden uitzetten dan wel krimpen van de damp 20 anderzijds. Indien een lek tussen het zwevende dak en de wand van de opslagtank aanwezig is, kan dit op eenvoudige wijze met de inrichting volgens de onderhavige uitvinding gedetecteerd worden. Er kunnen grote flowverschillen optreden tijdens het afblazen van damp naar de buitenlucht. Dit wordt veroorzaakt door het feit dat de flow bij volumevergroting door temperatuursverschillen soms wel een factor 50 kleiner is 25 dan de flow die wordt veroorzaakt door het vullen van de tank vanuit bijvoorbeeld een voertuig. Daarom kan de venturi ook voorzien zijn van een mechanische of een elektrische versteleenheid waarmee de venturikeeldoorlaat verkleind kan worden wanneer het drukverschil lager is dan een vooraf ingestelde waarde. Op deze manier wordt een nauwkeurige flowmeting gewaarborgd zonder dat de venturi bij grote flows 30 een te hoge restrictie vormt.

Begrepen moet worden dat het bovenstaande slechts voorbeelden van de uitvinding betreft.

1OU740 3

De toevoer van lucht aan de verbrandingskamer waarin de verhoudingsgewijs goedkope sensor aangebracht is, kan enig in de stand der techniek bekende constructie omvatten. Daar de koolwaterstoffensensor geen rijke (bovenstoichiometrische) dampen kan meten, omdat het sensorelement bij een gebrek aan zuurstof verzadigd zou raken, 5 moet extra lucht worden bijgemengd.

Bijzonder eenvoudig is het gebruik van een wisselklep waarbij een positie overeenkomt met de toevoer van gas en de andere positie overeenkomt met de toevoer van lucht (zuurstof). Dergelijke wisselkleppen zijn zodanig uitgevoerd dat bij elke puls dat wil zeggen schakeling, een vast volume gas respectievelijk lucht aan de stroomafwaarts 10 liggende meetkamer toegevoegd wordt. Op deze wijze kan nauwkeurig de verhouding lucht/gas geregeld worden. Een dergelijke koolwaterstoffensensor heeft een verhoudingsgewijs breed meetgebied. Anderzijds is deze wat minder nauwkeurig. Een meer nauwkeurige sensor met een smaller meetgebeid is een zogenaamde lambda of zuurstofsensor. Deze kan volgens de uitvinding stroomafwaarts van de 15 verbrandingskamer aangebracht worden. Daarbij is het noodzakelijk nauwkeurig de verhouding brandstof/lucht te regelen om precies in het nauwkeurige bereik van de lambda-sensor te kunnen werken.

Afhankelijk van de meting met de koolwaterstoffensensor dan wel met de zuurstofsensor kan eventueel meer of minder lucht aan het gas toegevoegd worden.

20 Met de uitvinding wordt door middel van de venturi het drukverschil over de venturikeel gemeten. Een dergelijke drukverschilsensor is verhoudingsgewijs goedkoop verkrijgbaar. Uit het drukverschil en de soortelijke massa van het gas, kan de door de hoofddoorlaat stromende hoeveelheid gas bepaald worden. De soortelijke massa van het gas kan benaderd worden uit de verbrandingswaarde van het gas-luchtmengsel. 25 Deze verbrandingswaarde is voor een stochiometrisch mengsel ongeveer constant. Doordat de hoeveelheid lucht van het desbetreffende mengsel bekend is, kan daaruit de verbrandingswaarde van het gas bepaald worden.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze waarbij op bovenstaande wijze de energie-inhoud van een stroom gas bepaald wordt. Met de 30 inrichting en de werkwijze is het mogelijk in een breed bereik van soorten damp op behoorlijk nauwkeurige wijze de energie-inhoud van een stroom gas te bepalen. De hoeveelheid lucht die aan de verbranding in de meetkamer toegevoerd dient te worden, varieert vanzelfsprekend aanzienlijk afhankelijk van de concentratie van de damp en de 10 1 4 7 4 9 4 damp zelf. Indien deze damp volledig uit benzine bestaat, moet ongeveer 10 x zo veel lucht toegevoerd worden. Bij butaan zal ongeveer 30 x zo veel lucht toegevoerd worden.

De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van de in tekening schematisch 5 afgebeelde uitvoeringsvorm verduidelijkt worden.

In de enige figuur is de hoofddoorgang voor een gas aangegeven met 1. Het is van belang zowel het debiet als de energie-inhoud per volume eenheid dat wil zeggen de totale energie-inhoud van het gas te bepalen.

Het debiet wordt volgens de uitvinding bepaald door het meten van het 10 drukverschil na het aanbrengen van een venturi 2 in de hoofddoorgang 1. Een aftakleiding 3 is met een zijde van een drukverschilsensor 4 verbonden terwijl de andere zijde van deze drukverschilsensor 4 met een afvoer 6 verbonden is die in de keel 5 van de venturi uitmondt. Het signaal van de drukverschilsensor 4 wordt aan een rekeninrichting 18 toegevoerd. In praktijk zal bij de meest gebruikelijke 15 drukverschilsensoren 4 geen stroming plaats vinden maar alleen het drukverschil geregistreerd worden. Via aftakleiding 3 komt het gas bovendien aan de inlaat van een driewegwisselklep 9. Deze wordt met behulp van een sturing 12 geregeld. Anderzijds wordt zuurstof (lucht) via luchtinlaat 10 aan deze driewegwisselklep 9 toegevoerd. Het is vanzelfsprekend eveneens mogelijk continu lucht/gas in te brengen, en de 20 desbetreffende hoeveelheid kan door het op passende wijze smoren, al dan niet intermitterend, uitgevoerd worden.

Het daarvan afkomstige gas/luchtmengsel wordt al dan niet via een pomp 11 toegevoerd aan meetkamer 13. Daarin is een sensor aanwezig. Dit kan een universele uitlaatgassensor zijn. Deze is bijvoorbeeld voorzien van een katalytische laag waaraan 25 de koolwaterstoffen verbranden en waardoor ter plaatse de zuurstofconcentratie daalt. Vanzelfsprekend kan eveneens een hittedraadsysteem toegepast worden. Een dergelijke hittedraadmeter bestaat uit twee verhitte draden waarvan een voorzien is van katalytisch materiaal waaraan verbranding plaats vindt en een niet voorzien is van een dergelijk materiaal. De daardoor onstaande temperatuurverschillen resulteren in 30 weerstands verschillen waaruit conclusies getrokken kunnen worden met betrekking tot de energie-inhoud van het mengsel. Ook kan een warmtegeleidbaarheidssensor toegepast worden.

1 o 1 4 7 4 9 5

Regeling van de optimale mengverhouding lucht/gas kan bepaald worden door de koolwaterstoffensensor 14. Het signaal van deze sensor wordt aan sturing 12 toegevoerd. Afhankelijk van de gemeten koolwaterstoffenconcentratie wordt meer of minder lucht aan kamer 13 toegevoerd. Dit kan geregeld worden door het aantal slagen 5 van wisselklep 9 gedurende welke lucht toegevoerd wordt te vergroten of verkleinen ten opzichte van het aantal slagen dat gas toegevoerd wordt.

Optioneel kan de regeling van de optimale mengverhouding lucht/gas bepaald worden door een in hulpkamer 16 aangebrachte verhoudingsgewijs eenvoudige zuurstofsensor 15. Dit kan in de automobielindustrie toegepast lambdasensor zijn. Deze 10 meet het zuurstofoverschot van het gas afkomstig uit meetkamer 13. Het van lambdasensor 15 afkomstige signaal wordt aan sturing 12 toegevoerd. Afhankelijk van de lambdawaarde wordt meer of minder lucht aan kamer 13 toegevoerd. Dit kan geregeld worden door het aantal slagen van wisselklep 9 gedurende welke lucht toegevoerd wordt te vergroten of verkleinen ten opzichte van het aantal slagen dat gas 15 toegevoerd wordt. In die gevallen waar de inrichting gevoed wordt vanuit batterijen of zonnecellen is de toepassing van lambdasensoren vanwege het hoge stroomverbruik van deze sensoren minder aantrekkelijk.

Door gebruik van een katalytisch werkende sensor 14 in combinatie met het verdunnen van de gasstroom met de hoeveelheid lucht zodat optimale verbranding 20 plaats kan vinden, wordt beschadiging van de sensor voorkomen en wordt een bedrijfszekere inrichting verkregen. Deze is met verhoudingsgewijs geringe kosten te realiseren. De inrichting volgens de uitvinding is bijzonder eenvoudig als hulpdeel in een leiding aan te brengen. Daartoe kan deze aan beide zijden van een flens voorzien zijn die opgenomen kan worden in een leiding.

25 Voor bepaalde toepassingen kan een aanzienlijk wisselende gasstroom door hoofddoorgang 1 gaan. Daarbij kan onder bepaalde omstandigheden onderscheid gemaakt worden tussen twee niveau’s. Een verhoudingsgewijs laag niveau en een verhoudingsgewijs hoog niveau, waarbij zelden sprake is van een tussen dat lage en hoge niveau liggend debiet.

30 In een dergelijk geval kan het van voordeel zijn in venturi 2 en meer in het bijzonder in de keel 5 daarvan een torpedo-achtig lichaam 20 aan te brengen. Dit is verbonden met een kern 21 van een spoel 22. Met behulp van deze spoel 22 die gekoppeld is met sturing 12 kan dit lichaam 20 al dan niet in de keel 5 van de venturi 2 1014749 6 gebracht worden. Deze toestand doet zich voor bij een verhoudingsgewijs lage stromingshoeveelheid waarbij de venturi nauwkeurig werkt. Bij een hogere snelstroomheid, hetgeen door de hierboven beschreven inrichting gemeten kan worden, zal door sturing 12 spoel 22 bediend worden en lichaam 20 uit keel 5 teruggetrokken 5 worden. Daardoor zal de venturi nauwkeurig blijven werken bij hogere stroomsnelheden.

Hoewel de uitvinding boven aan de hand van een voorkeursuitvoering beschreven is, zal begrepen dat daarin talrijke wijzigingen aangebracht kunnen worden zonder buiten het bereik van de onderhavige aanvrage te geraken zoals beschreven in de 10 bijgaande conclusies.

Jlflt 4 7 49

Claims (10)

1. Inrichting voor het bepalen van de energie-inhoud van een stroom gas, omvattende een hoofddoorlaat (1) voor gas voorzien van een monsterleiding (3) waarop zijn 5 aangesloten een flowmeter alsmede een meter voor het bepalen van de verbrandingswaarde van het gas, met het kenmerk, dat die hoofddoorlaat een venturi (2) omvat, dat die flowmeter omvat die venturi alsmede die monsterleiding, waarvan een uiteinde (3) stroomopwaarts van die venturi aangebracht is en een uiteinde (6) nabij de venturikeel aangebracht is.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij die meter voor het bepalen van de verbrandingswaarde van het gas omvat een meetkamer (13) voorzien van een gas/luchttoevoer, gasafvoer (17) alsmede meetsensor (14), waarbij in die gas/luchttoevoer doserende klepmiddelen (9) zijn aangebracht.

3. Inrichting volgens conclusie 2, waarbij die doserende klepmiddelen een wisselklep 15 omvatten voor het alternatief toevoeren van lucht (zuurstof) of het gas.

4. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij die doserende klepmiddelen omvatten pulserend bedreven kleppen, die een vast volume per puls doorlaten.

5. Inrichting volgens een van de conclusies 2-4, waarbij die meetsensor een universele 20 uitlaatgassensor omvat.

6. Inrichting volgens een van de conclusies 2-5, waarbij stroomafwaarts van die meetkamer een zuurstofmetende zone (15) is aangebracht, die de aan de meetkamer toegevoerde verhouding lucht/gas beïnvloedt.

7. Werkwijze voor het bepalen van de energie-inhoud van een stroom gas omvattende 25 het uit de stroom gas aftakken van een hulpstroom en het bepalen van de verbrandingswaarde daarvan, het bepalen van de totale flow van het gas en het uit die flow en de verbrandingswaarde van die hulpstroom bepalen van de energie-inhoud van dat gas, met het kenmerk, dat het meten van die flow omvat het plaatsen van een venturi in die flow voor het meten van de drukval over die venturi.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, waarbij de verbrandingswaarde van dat gas bepaald wordt door het daaraan toevoegen van lucht (zuurstof).

9. Werkwijze volgens conclusie 8, waarbij de verbrandingswaarde bepaald wordt door 1 014 7 49 V * het afwisselend toevoegen van lucht en gas aan een meetkamer waar de verbranding plaats vindt en waarin een meetsensor opgesteld is.

10. Werkwijze volgens conclusie 8 of 9, waarbij stroomafwaarts van het meetpunt voor het bepalen van de verbrandingswaarde de zuurstofconcentratie gemeten wordt en 5 indien deze een bepaalde waarde overschrijdt, meer/minder lucht aan dat gas toegevoerd wordt. * 1014749