DE10010291A1 - Verfahren und Kalorimeter zur kalorimetrischen Bestimmung des Brennwertes von Gasen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kalorimetrischen Bestimmung des Brennwerts von brennbaren Gasen, bei dem Gas mit einer vorgegebenen Gasdurchflußrate verbrannt wird und die dabei erzeugte Wärmeleistung erfaßt wird, wobei der Brennwert des Gases als Quotient von Gasdurchflußrate und Wärmeleistung berechnet wird, sowie ein Gaskalorimeter zur Durchführung dieses Verfahrens. Um eine größere Meßgenauigkeit als bei den bisher bekannten direkten Meßverfahren zu erreichen, ohne den hohen technischen Aufwand von gaschromatographischen, flammenlosen Meßverfahren zu erfordern, schlägt die Erfindung vor, daß die erzeugte Wärmeleistung als Eingangswärmeleistung kontinuierlich in die Eingangsseite eines Wärmeübertragungselements eingeleitet wird und auf der Ausgangsseite des Wärmeübertragungselements kontinuierlich eine definierte Ausgangswärmeleistung abgeleitet wird, wobei mindestens ein thermischer Zustandsparameter des Wärmeübertragungselements gemessen und durch Verstellung der Eingangs- und/oder Ausgangswärmeleistung geregelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kalorime­ trischen Bestimmung des Brennwerts von brennbaren Gasen, bei dem Gas mit einer vorgegebenen Gasdurchflußrate verbrannt wird und die dabei erzeugte Wärmeleistung erfaßt wird, wobei der Brennwert des Gases als Quotient von Gasdurchflußrate und Wärmeleistung berechnet wird. Ferner ist ein Gaskalorimeter zu kalorimetrischen Bestimmung des Brennwerts von brennbarem Gas Gegenstand der Erfindung, mit einem Gasbrenner, einer Gasdurchflußmeßvorrichtung und Meßeinrichtungen zur Messung der von dem Gasbrenner abgegebenen Wärmeleistung.

Der thermisch nutzbare Energieinhalt von gasförmigen Brennstoffen, bei­ spielsweise Erdgas und sonstigen gasförmigen Kohlenwasserstoffen, wird als Brennwert bzw. als daraus abgeleiteter Heizwert angegeben. Die Ermitt­ lung dieses Brennwerts erfolgt im Stand der Technik mit zwei unterschied­ lichen Ansätzen. Die eine Möglichkeit besteht darin, die chemische Zusam­ mensetzung der brennbaren Gase zu analysieren, beispielsweise mittels Gaschromatographie oder anderer Analysemethoden, und anhand der bekannten Reaktionsenthalpien bei der Oxidation die erzeugbare Wärme­ leistung bezogen auf die umgesetzte Gasmenge, d. h. den Brennwert unter der Annahme stöchiometrischer Verbrennung zu berechnen. Die Meßge­ nauigkeit derartiger, verbrennungsloser Meßverfahren ist zwar insbesondere bei der Verwendung von Gaschromatographen sehr hoch. Bereits die Eichung und Kalibrierung erfordert jedoch einen erheblichen Aufwand, und zwar sowohl im Hinblick auf die Bereitstellung der Eich- und Kalibriergasge­ mische, als auch bezüglich des Zeit- und Arbeitsaufwandes beim regelmäßig erforderlichen Abgleich. Andere, verbrennungslose Meßverfahren, wie sie beispielsweise aus der DE 197 36 528 A1 bekannt sind, sind entweder ebenfalls technisch aufwendig, oder aber erreichen nicht die gewünschte Meßgenauigkeit.

Seit geraumer Zeit sind im Stand der Technik weiterhin kalorimetrische Ver­ fahren bekannt, die darauf basieren, die bei der Verbrennung einer bestimm­ ten Gasmenge freiwerdende Wärmemenge unmittelbar meßtechnisch zu erfassen. Die bekannten Gaskalorimeter arbeiten nach dem Prinzip, daß ein Wärmeträger mit definierter Wärmekapazität bei der Verbrennung einer bestimmten Gasmenge erwärmt wird. Aus dem dabei auftretenden Tempe­ raturanstieg wird die Wärmemenge ermittelt und daraus der Brennwert berechnet. Die bekannten Gaskalorimeter nach Cutler/Hammer und Foster/Cambridge verwenden Luft als wärmeabsorbierendes Medium. Beim Reineke- und Junker-Verfahren wird eine definierte Wassermenge als Wär­ meträger benutzt. Ein nach diesen Verfahren funktionierendes isother­ misches Kalorimeter ist beispielsweise in der DE 44 06 873 C2 angegeben.

Die vorgenannten Gaskalorimeter mit direkter Messung der Verbrennungs­ wärme sind zwar zuverlässig und technisch ausgereift. Sie erreichen jedoch nicht die Meßgenauigkeit moderner Gaschromatographen. Für Anwendun­ gen, bei denen es maßgeblich auf die Meßgenauigkeit ankommt, ist es daher beim derzeitigen Stand der Technik unumgänglich, einen relativ hohen technischen Aufwand zu betreiben.

Angesichts dieser Problematik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufga­ benstellung zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Brennwerts eines realen Gases sowie ein Verbrennungs- bzw. Gaskalorimeter anzugeben, welches einen geringeren apparativen und verfahrenstechnischen Aufwand erfordert als die bekannten Gaskalorimeter, dabei jedoch eine verbesserte Meßgenauigkeit erreicht, welche den indirekten, gaschromatographischen Meßverfahren nahekommt.

Zur Lösung dieser Problematik schlägt das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß die erzeugte Wärmeleistung als Eingangswärmeleistung kontinuierlich in die Eingangsseite eines Wärmeübertragungselements eingeleitet wird, und auf der Ausgangsseite des Wärmeübertragungselements kontinuierlich eine definierte Ausgangswärmeleistung abgeleitet wird, wobei mindestens ein thermischer Zustandsparameter des Wärmeübertragungselements gemessen und durch Verstellung der Eingangs- und/oder Ausgangswärmeleistung geregelt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von dem Ansatz aus, in einem Wär­ meübertragungselement, das ist ein Körper mit guten thermischen Übertra­ gungseigenschaften, ein dynamisches thermisches Gleichgewicht bezüglich der darin eingeleiteten und daraus abgeleiteten Wärmemengen zu erzeugen. Dadurch, daß mindestens ein thermischer Zustandsparameter, d. h. ein thermischer Funktionsparameter des Wärmeübertragungselements als Regelgröße herangezogen und durch Verstellung der eingekoppelten bzw. ausgekoppelten Wärmeleistungen auf einen vorgegebenen, vorzugsweise konstanten Wert geregelt wird, sind eindeutige Rückschlüsse auf unbe­ kannte Anteile der durch das Wärmeübertragungselement durchgeleiteten Wärmeleistung möglich.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bildet die Gasflamme des Brenners, die durch eine vorgegebene, pro Zeiteinheit durchströmende Gasmenge des brennbaren Gases erzeugt wird, eine Wärmequelle am Eingang des Wärme­ übertragungselements, deren Wärmeleistung, d. h. pro Zeiteinheit abgege­ bene Wärmemenge, möglichst vollständig in das Wärmeübertragungsele­ ment eingekoppelt wird. Würde nun am Ausgang des Wärmeübertragungs­ elements keine Ausgangswärmeleistung abgeführt, so würde seine Tempe­ ratur bis zur Maximaltemperatur der Gasflamme ansteigen, und zwar wegen seiner guten Wärmeleitfähigkeit relativ schnell. In diesem Fall ließe allein der Endwert der Temperatur keine unmittelbaren Rückschlüsse auf die Wärme­ leistung zu. Hier setzt nun das erfindungsgemäße Verfahren an und schlägt vor, am Ausgang des Wärmeübertragungselements eine bekannte Wärme­ menge pro Zeit, die als Ausgangswärmeleistung bezeichnet wird, unter definierten Bedingungen abzuziehen. Vorausgesetzt eine hinreichend gute Wärmeleitfähigkeit des Wärmeübertragungselements, bleibt als thermischer Zustandsparameter des Wärmeübertragungselements seine Temperatur an einem bestimmten Meßpunkt über die Zeit konstant, wenn der Betrag der eingeleiteten Wärmeleistung gleich dem Betrag der abgeleiteten Wärme­ leistung ist. Wenn nun die abgezogene Ausgangswärmeleistung für jeden Betriebszustand so eingestellt wird, daß die Temperatur des Wärmeüber­ tragungselements konstant bleibt, kann aus dem bekannten Wert der Aus­ gangswärmeleistung unmittelbar auf die eingeleitete Eingangswärmeleistung und damit auf die von dem Brenner erzeugte Wärmeleistung geschlossen werden. Dadurch, daß die Temperatur als thermischer Zustandsparameter bei der Messung konstant gehalten wird, handelt es sich in diesem Fall bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um eine isotherme Gaskalorimetrie. Je nach Ausführung des Wärmeübertragungselements können alternativ auch andere thermische Zustandsparameter als Regelgröße herangezogen werden, welche in eindeutigem Zusammenhang stehen mit dem Verhältnis der eingeleiteten und abgeleiteten Wärmemengen, so daß sie die Einstellung eines dynamischen thermischen Gleichgewichts ermöglichen.

Der gesuchte Brennwert des brennbaren Gases wird berechnet, indem das Verhältnis der Gasdurchflußrate sowie der abgegebenen Wärmeleistung gebildet wird.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine unmittelbare Messung der tatsächlich vom Brenner abgegebenen Wärmeleistung mit überschaubarem technischen Aufwand erfolgen kann. Von besonderer Bedeutung ist dabei, daß die Meßergebnisse mit hoher Genauigkeit reproduzierbar sind und daher eine höhere Zuverlässigkeit geben, als Werte aus den bisher bekannten, direkten Meßverfahren. Begründet wird dies hauptsächlich dadurch, daß bei den bisherigen Gaskalo­ rimetern eine diskontinuierliche Erwärmung einer Testsubstanz - Wasser, Luft oder Feststoffe - erfolgt, um aus dem zeitlichen Temperaturanstieg oder der Veränderung anderer thermischer Zustandsparameter unter Berücksich­ tigung der Wärmekapazität auf die bei der Verbrennung erzeugte Wärme­ menge zu schließen. Aufgrund der zum Teil hochgradig nichtlinearen und zum Teil nicht immer mit hinreichender Genauigkeit zu berücksichtigenden Abhängigkeiten sind diese Einzelmessungen mit relativ großen Meßunge­ nauigkeiten behaftet. Im Unterschied dazu gibt die Erfindung ein kontinuier­ lich arbeitendes Verfahren an, bei dem der durch das Wärmeübertragungs­ element fließende Wärmestrom auf einen Parameter stationär geregelt wird, beispielsweise isotherm, wobei eine erheblich größere Meßgenauigkeit erreicht wird. Dieses Meßprinzip im dynamischen Gleichgewicht vermeidet nämlich zum einen Ungenauigkeiten durch den Zeitfaktor und zum anderen wird der Einfluß von schädlichen Nebeneffekten sowohl durch zeitliche Mit­ telung als auch durch Regelung auf konstante Zustandsparameter unter­ drückt. Diese Regelung auf konstante Zustandsparameter, beispielsweise auf Isothermen, führt nämlich dazu, daß nichtlineare bzw. unbekannte Abhängigkeiten praktisch nicht mehr ins Gewicht fallen.

Sämtliche Meßgrößen können beim erfindungsgemäßen Verfahren mit kon­ ventionellen Sensoren erfaßt und entsprechenden Meßdatenverarbeitungs­ einrichtungen ausgewertet werden. Der technische und apparative Aufwand ist dabei jedoch erheblich geringer, als bei den bekannten indirekten Meß­ verfahren, welche hochpräzise gaschromatographische Analysen vorausset­ zen. Das erfindungsgemäße Verfahren vereinigt folglich in besonders vor­ teilhafter Weise die Vorteile sowohl der im Stand der Technik bekannten direkten, als auch der indirekten, verbrennungslosen Meßverfahren.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt vorzugsweise ein Gaskalorimeter zum Einsatz, mit einem Gasbrenner, einer Gasdurchfluß­ meßvorrichtung und Meßeinrichtungen zur Messung der von dem Gasbren­ ner abgegebenen Wärmeleistung. Erfindungsgemäß ist der Gasbrenner dabei auf die Eingangsseite eines Wärmeübertragungselements gerichtet, auf des­ sen Ausgangsseite eine Wärmeableitungsvorrichtung angebracht ist, wobei die Meßeinrichtungen Meßaufnehmer zur Erfassung von thermischen Zustandsgrößen des Wärmeübertragungselements aufweisen.

Der grundsätzliche Aufbau dieses Gaskalorimeters ergibt sich aus dem vorangehend erläuterten erfindungsgemäßen Verfahren. Das Wärmeübertra­ gungselement wird bevorzugt durch einen Körper mit hoher Wärmeleitfähig­ keit gebildet. Zur Einkopplung der durch die Verbrennung entstehenden Wärmeleistung ist eingangsseitig als Wärmequelle ein Brenner angeordnet. Dieser wird zur optimalen Verbrennung im Betriebspunkt mit dem eigent­ lichen brennbaren Gas, Luft bzw. Sauerstoff sowie eventuellen Zusatzgasen beaufschlagt. Zur Erfassung der Gasdurchflußraten ist eine entsprechende Gasdurchflußmeßvorrichtung in der Zuleitung des Gasbrenners installiert. Als Meßaufnehmer ist beispielsweise ein Temperatursensor an dem Wärme­ übertragungselement angebracht. Die Ableitung der Ausgangswärmeleistung erfolgt über eine am Ausgang des Wärmeübertragungselements angebrachte Wärmeableitungsvorrichtung, welche eine Wärmesenke, d. h. eine Kühlein­ richtung darstellt. Diese ermöglicht eine kontrollierte Ableitung meßbarer, definierter Wärmeleistungen. Unter Berücksichtigung der Temperatur des Wärmeübertragungselements kann dadurch in der vorangehend erläuterten Weise auf die eingespeiste Verbrennungswärme des Gases geschlossen werden.

Vorzugsweise ist der Meßaufnehmer, beispielsweise ein Temperatursensor, an eine Regeleinrichtung angeschlossen, die Steuermittel zur Einstellung der in das Wärmeübertragungselement eingeleiteten und/oder der daraus abge­ leiteten Wärmemenge aufweist. Dadurch wird ein geschlossener Regelkreis realisiert, bei dem über den Meßaufnehmer der Wert eines thermischen Zustandsparameters des Wärmeübertragungselements als Regelgröße erfaßt wird, beispielsweise der Temperatur. In Abhängigkeit davon erfolgt über die Steuermittel eine Beeinflussung der ein- bzw. abgeleiteten Wärmemengen und damit des dynamischen thermischen Fließgleichgewichts. Dies beein­ flußt wiederum den Wert des von dem Meßaufnehmer aufgenommenen Zustandsparameters. Damit ist es beispielsweise möglich, die Temperatur des Wärmeübertragungselements an einer Meßstelle durch Einstellung der abgeleiteten Wärmemenge an der Wärmeableitungsvorrichtung konstant zu halten. Dadurch wird ein kontinuierlich arbeitendes, isothermisches Gaskalo­ rimeter realisiert.

Das erfindungsgemäße Gaskalorimeter erfordert lediglich einen relativ gerin­ gen technischen Aufwand und ermöglicht dank des erfindungsgemäßen Meßverfahrens eine zuverlässige und genaue Bestimmung des Brennwerts für ein beliebiges brennbares Gas. Von besonderem Vorteil für einen unkomplizierten und schnellen Betrieb ist dabei, daß bei der Durchführung der einzelnen Messungen im Gegensatz zu den im Stande der Technik bekannten Kalorimetern keine erneute Eichung bzw. Kalibrierung erforderlich ist. Selbst bei den hochgenauen Gaschromatographen entsteht dadurch nämlich ein beträchtlicher Arbeits- und Zeit- und Kostenaufwand, der bei dem erfindungsgemäßen Gaskalorimeter entfällt.

Besonders vorteilhaft ist es, daß das Wärmeübertragungselement ein Wär­ merohr aufweist. Dieses häufig auch als "heat pipe" bezeichnete Wärme­ übertragungselement hat eine um ein Vielfaches höhere Wärmeleitfähigkeit als sämtliche bekannten Festkörper. Es funktioniert nach dem Prinzip, daß eingangsseitig ein Wärmeübertragungsmedium verdampft wird und aus­ gangsseitig wieder kondensiert wird, wobei das Kondensat im geschlosse­ nen Kreislauf kontinuierlich von der Ausgangsseite zur Eingangsseite zurück­ geführt wird. Dadurch ist eine schnelle und verlustarme Wärmeübertragung selbst bei äußert geringen Temperaturdifferenzen zwischen Eingang und Ausgang gewährleistet. Dies kommt der Durchführung des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens insofern zugute, als daß die Ansprech- und Regelgeschwin­ digkeit und damit die erreichbare Meßgenauigkeit erheblich gesteigert wird.

Zur Realisierung von kontinuierlichen, isothermen Messungen wird die Tem­ peratur an dem Wärmeübertragungselement an mindestens einer Meßstelle mit einem dort angebrachten Temperatursensor erfaßt. Gegebenenfalls kön­ nen auch mehrere dieser Sensoren vorgesehen sein. Bei der Verwendung eines Wärmerohrs wird zweckmäßigerweise die Temperatur des Wärme­ übertragungsmediums ausgenutzt, und zwar bevorzugt im Dampfzustand beim Transport von der Eingangsseite zur Ausgangsseite. Hierzu wird min­ destens ein Temperatursensor, beispielsweise ein Halbleitersensor oder der­ gleichen, in dem Wärmerohr integriert. Alternativ kann auch der Dampfdruck des Wärmeübertragungsmediums in dem Wärmeübertragungselement, d. h. der Innendruck des Wärmerohrs, mit entsprechenden Drucksensoren erfaßt werden. Dieser steht ebenfalls in einem eindeutigen Zusammenhang mit der übertragenen Wärmeleistung.

Besonders günstig zur Realisierung eines isothermen Meßbetriebs ist es, daß die Verstellung der Eingangswärmeleistung durch Zufuhr zusätzlicher, defi­ nierter Regelwärmeleistung erfolgt. Diese Regelwärmeleistung kann bei­ spielsweise elektrothermisch erzeugt werden. Die Eingangswärmeleistung des Wärmeübertragungselements, welche in diesem Fall die Summe aus der durch die Gasflamme erzeugten Wärmeleistung und der zusätzlichen Regel­ wärmeleistung ist, kann somit konstant gehalten werden, was den Vorteil hat, daß der thermische Betriebspunkt am Eingang jederzeit konstant ist, wodurch sich eine besonders hohe Meßgenauigkeit realisieren läßt. Bei dem erfindungsgemäßen Gaskalorimeter wird dazu parallel zum Gasbrenner ein steuerbarer Regelheizer angeordnet, der beispielsweise als elektrische Heizeinrichtung ausgebildet ist. Diese läßt sich über die zugeführte elek­ trische Heizleistung besonders gut kontrollieren.

Vorzugsweise wird zur Ableitung der Ausgangswärme am Ausgang des Wärmeübertragungselements eine Kühleinrichtung vorgesehen, die vor­ zugsweise steuerbar ist, um an dieser Stelle ebenfalls einen Regeleingriff zu ermöglichen. Bei der praktischen Realisierung bietet sich insbesondere eine steuerbare elektrische Kühleinrichtung mit Peltier-Element an. Dies arbeitet mit wartungsfreien, langlebigen und zuverlässigen Halbleiter-Kühlelementen nach dem Peltier-Effekt. Mit entsprechenden Steuereinrichtungen läßt sich eine derartige Kühleinrichtung mit geringem Aufwand und dennoch hoher Genauigkeit kontrollieren.

Zur Vermeidung von zusätzlicher Wasserkondensation bei der Verbrennung wird die Temperatur der zugeführten Verbrennungsgase, d. h. dem brennba­ ren Gas, Sauerstoff und eventuellen Zusatzgasen, und der abgeführten Ver­ brennungsabgase konstant gehalten. Dadurch, daß man den Sauer­ stoffstrom, der bei der Verbrennung konstant bleibt, vor der Einleitung in den Brenner mit Wasser bei konstanter Temperatur, beispielsweise 25,0°C sättigt und ein konstantes Verhältnis in Abhängigkeit von der Art der brenn­ baren Gase und seiner Durchflußmenge durch Zufügung von trockenen Inertgas, beispielsweise Argon, herstellt, wird zusätzliche Wasserkondensa­ tion, die die Meßergebnisse verfälschen könnte, weitestgehend vermieden. Zur Kontrolle der Durchflußraten des brennbaren Gases, der primären und sekundären Sauerstoffzufuhr und ggf. des Inertgases können steuerbare, an die Regeleinrichtung angeschlossene Gasdurchflußregler vorgesehen sein.

Bei dem erfindungsgemäßen Gaskalorimeter wird im isothermen Meßbetrieb die Verbrennungswärme bestimmt, ohne daß eine Kalibrierung oder Eichung erforderlich wäre, da der gesuchte Brennwert sich unmittelbar als Quotient der Brenngasdurchflußrate und der Differenz zwischen eingeleiteter und abgeleiteter Wärmeleistung ergibt. Durch die Erfindung wird erstmals ein absolut messendes Gaskalorimeter zur Verfügung gestellt, welches prak­ tisch sämtliche Nachteile des bisherigen Stands der Technik weitgehend vermeidet.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeich­ nungen näher erläutert. Diese zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gaskalorimeter- Meßsystems;

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung des Gaskalorimeters gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Funktionsschaubild eines erfindungsgemäßen kalorime­ trischen Meßsystems dargestellt, mit einem Gaskalorimeter 1, einem Ther­ mostaten 2, in dem die Zuleitungen 3 für den im Gaskalorimeter 1 angeord­ neten Brenner durch ein Temperierbad geführt werden. In sämtlichen Zulei­ tungen sind Gasdurchflußregler 4 angeordnet. In den Sauerstoffzuleitungen sind weiterhin Sättigungsgefäße 5 zur Sättigung mit Wasser bei 25°C ange­ ordnet.

Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung durch das Gaskalorimeter 1 gemäß Fig. 1. Mit dem Bezugszeichen 6 ist ein Wärmerohr bezeichnet, mit Abgas­ röhren 7 und einem Zentralrohr 8, in dem ein Gasbrenner 9 untergebracht ist, der an die Zuleitungen 3 gemäß Fig. 1 angeschlossen ist. Parallel zum Gasbrenner ist ein elektrischer Regelheizer 10 angeordnet.

Das Wärmerohr 6 bildet das Wärmeübertragungselement. Dessen Eingangs­ seite befindet sich beim Zentralrohr 8, wo sich der Gasbrenner 9 und der elektrische Regelheizer 10 befinden. Im oberen Teil des Wärmerohrs 6 befindet sich dessen Abkühlungszone. Dort sind als Wärmeableitungsvor­ richtung wassergekühlte Peltier-Elemente 11 angebracht.

Im Heiz-, Transport- und Kühlbereich des Wärmerohrs 6 sind Temperatur­ sensoren 12 angebracht, beispielsweise Platin-Widerstandsthermometer.

Das Wärmerohr 6 ist in einem wärmeisolierenden Außenmantel 13 unterge­ bracht.

Die Temperatursensoren 12, die Peltier-Elemente 11 sowie der elektrische Regelheizer 10 sind an eine nicht dargestellte Regel- und Steuerelektronik angeschlossen. Diese schließt auch eine Meßdatenerfassung und -auswer­ tung ein.

Die Funktionsweise der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Meßvorrichtung ist im wesentlichen bereits erläutert worden. Das Grundprinzip ist, daß in dem Gaskalorimeter 1 in dem Wärmeübertragungselement, nämlich dem Wär­ merohr 6 zwischen der mit dem Gasbrenner 9 und dem elektrischen Regel­ heizer 10 eingeleiteten Eingangswärmeleistung und der durch die Peltier- Elemente 11 abgeleiteten Ausgangswärmeleistung ein dynamisches Gleich­ gewicht eingestellt wird, welches anhand isothermer Regelung mittels der Temperatursensoren 12 gemessen und durch Einstellung des Gasbrenners 9 bzw. des elektrischen Regelheizers 10 und/oder der Peltier-Elemente 11 konstant gehalten wird.

Die von den Peltier-Elementen 11 abgeführte Wärmeleistung entspricht deren elektrischer Betriebsleistung unter Berücksichtigung ihres Wirkungs­ grades. Diese Ausgangswärmeleistung abzüglich der eventuell vom Regelheizer 10 zugeführten Hilfswärmeleistung ist die Heizleistung des Brenners 9. Durch die Gasdurchflußrate dividiert, erhält man den gesuchten Brennwert.

Claims (23)

1. Verfahren zur kalorimetrischen Bestimmung des Brenn­ werts von brennbaren Gasen, bei dem Gas mit einer vorgegebenen Gas­ durchflußrate verbrannt wird und die dabei erzeugte Wärmeleistung erfaßt wird, wobei der Brennwert des Gases als Quotient von Gasdurchflußrate und Wärmeleistung berechnet wird, gekennzeichnet dadurch, daß die erzeugte Wärmeleistung als Eingangswärmeleistung kontinuierlich in die Eingangsseite eines Wärmeübertragungselements eingeleitet wird, und auf der Ausgangsseite des Wärmeübertragungselements kontinuierlich eine definierte Ausgangswärmeleistung abgeleitet wird, wobei mindestens ein thermischer Zustandsparameter des Wärmeübertragungselements gemessen und durch Verstellung der Eingangs- und/oder Ausgangswärmeleistung geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wärmeübertragungselement eingangsseitig ein Wärmeübertra­ gungsmedium verdampft wird, ausgangsseitig kondensiert wird, und das Kondensat kontinuierlich von der Ausgangsseite zur Eingangsseite zurückge­ führt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als thermischer Zustandsparameter die Temperatur des Wär­ meübertragungselements an mindestens einem vorgegebenen Meßpunkt gemessen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens ein thermischer Zustandsparameter auf einen vor­ gebbaren konstanten Wert geregelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als thermischer Zustandsparameter die Temperatur des Wärmeübertra­ gungsmediums in dem Wärmeübertragungselement genutzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als thermischer Zustandsparameter der Druck des Wärmeübertra­ gungsmediums in dem Wärmeübertragungselement genutzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verstellung der Eingangswärmeleistung durch Zufuhr zusätzlicher, definierter Regelwärmeleistung erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelwärmeleistung elektrothermisch erzeugt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausgangswärmeleistung auf der Ausgangsseite des Wär­ meübertragungselements durch eine Kühleinrichtung abgeleitet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung steuerbar ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswärmeleistung elektrothermisch abgeleitet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der zugeführten Verbrennungsgase und der abgeführten Verbrennungsabgase konstant gehalten wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Berechnung des Brennwerts die Gasdurchflußrate dividiert wird durch die Differenz der gemessenen Wärmeleistungen bei eingeschalte­ ter und bei abgeschalteter Regelheizung.

14. Gaskalorimeter zu kalorimetrischen Bestimmung des Brennwerts von brennbarem Gas, mit einem Gasbrenner, einer Gasdurch­ flußmeßvorrichtung und Meßeinrichtungen zur Messung der von dem Gas­ brenner abgegeben Wärmeleistung, insbesondere zur Durchführung des Ver­ fahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasbrenner (9) auf die Eingangsseite (8) eines Wärmeübertragungselements (6) gerichtet ist, auf dessen Ausgangsseite eine Wärmeableitungsvorrichtung (11) ange­ bracht ist, wobei die Meßeinrichtungen Meßaufnehmer (12) zur Erfassung von thermischen Zustandsgrößen des Wärmeübertragungselements (6) auf­ weisen.

15. Gaskalorimeter nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßaufnehmer (12) an eine Regeleinrichtung angeschlos­ sen ist, die Steuermittel zur Einstellung der in das Wärmeübertragungsele­ ment (6) eingeleiteten und/oder der daraus abgeleiteten Wärmemenge auf­ weist.

16. Gaskalorimeter nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Wärmeübertragungselement (6) ein Wärmerohr (6) auf­ weist.

17. Gaskalorimeter nach Anspruch 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Meßaufnehmer ein Temperatur­ sensor (12) ist.

18. Gaskalorimeter nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest einer der Meßaufnehmer ein Drucksensor für das Wärmeübertragungsmedium des Wärmerohrs (6) ist.

19. Gaskalorimeter nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum Gasbrenner (9) parallel ein steuerbarer Regelheizer (10) angeordnet ist.

20. Gaskalorimeter nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Regelheizer (10) als elektrische Heizeinrichtung ausgebil­ det ist.

21. Gaskalorimeter nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wärmeableitungsvorrichtung (11) eine steuerbare elek­ trische Kühleinrichtung (11) aufweist.

22. Gaskalorimeter nach Anspruch 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kühleinrichtung Peltier-Elemente (11) aufweist.

23. Gaskalorimeter nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an die Regeleinrichtung steuerbare Gasdurchflußregler (4) zur Einstellung der Durchflußraten für das brennbare Gas, die primäre, sekun­ däre Sauerstoffzufuhr und/oder ein Inertgas angeschlossen sind.