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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Verwendung und eine Vorrichtung zum Erfassen von Daten in einer Gasleitung.
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Im Bereich von Rohrleitungen von Industrieanlagen ist es bekannt, Sensoren an den Rohrleitungen vorzusehen, die einen oder mehrere Parameter bzw. Zustandsgrößen eines in der Rohrleitung strömenden Fluids erfassen. Beispielsweise ist aus
DE 10 2004 021 304 A1 ein Durchflussmessgerät bekannt, das zur Messung der Durchflussrate eines ein Hauptströmungsrohr durchströmenden Fluides ausgestaltet ist. Hierzu ist ein Bypasskanal zum Hauptströmungsrohr ausgebildet, in dem ein Durchflusssensor vorhanden ist.
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Damit offenbart die
DE 10 2004 021 304 A1 zur Erfassung von einem Parameter des das Hauptströmungsrohr durchströmenden Fluids eine Anordnung eines Sensors in einem speziell ausgestalteten Bereich am Hauptströmungsrohr.
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Nachteilig dabei ist, dass an jedem Ort, an dem eine Messung vorgenommen werden soll, ein Sensor vorhanden bzw. spezielle Maßnahmen ergriffen werden müssen, den Sensor in Kontakt mit dem zu untersuchenden Fluid zu bringen. Vor der Auslegung und Realisierung eines Verlaufs des Hauptströmungsrohres muss eine Überlegung über den Ort und die Art der Sensoren erfolgen.
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Aus
GB 2 502 839 A ist eine Rohrleitungs-Inspektionsvorrichtung und ein Verfahren zum Inspizieren der Innenfläche einer Rohrleitung mittels einer derartigen Vorrichtung bekannt. Die Rohrleitungs-Inspektionsvorrichtung ist als Molch ausgestaltet, der üblicherweise den Rohrleitungsquerschnitt ausfüllt und entweder einfach mit dem Produktstrom durch die Rohrleitung wandert oder durch extra aufgewendeten Druck durch die Rohrleitung gepresst wird. Die aus der
GB 2 502 839 A bekannte Rohrleitungs-Inspektionsvorrichtung benötigt damit einen Fluidstrom und ist damit hinsichtlich der Bewegungsrichtung der Vorrichtung eingeschränkt bzw. nicht flexibel, da entsprechend Einspeisungspunkte für das Fluid in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung bzw. der Bewegungsrichtung der Vorrichtung verwendet werden müssen.
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Aus der nachveröffentlichten
DE 10 2013 019 098 B3 ist ein System zum Erfassen von Parametern der Umwelt und Umgebung bekannt.
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Aus der nachveröffentlichten
GB 2 511 754 A ist ein unbemanntes Flugobjekt mit einer Strahlungserfassungsvorrichtung bekannt.
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Aus der
US 2014/0131507 A1 ist ein Fahrzeug bekannt, das sowohl zur Bewegung an Land und zum Fliegen ausgestaltet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren, eine Verwendung und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. der eine flexiblere Erfassung von Parametern des in einer Gasleitung strömenden Fluids möglich ist.
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Die Aufgabe wird mit den Gegenständen der nebengeordneten Patentansprüche gelöst.
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Grundgedanke der Erfindung ist es, sich von der Vorstellung zu lösen, dass ein Sensor stationär an einem Punkt in der Gasleitung angeordnet sein muss, um einen Parameter eines Gases in einer Gasleitung zu erfassen. Kerngedanke der Erfindung ist es in Abkehr von der bisher bekannten Vorstellung, den Sensor an einem unbemannten Flugkörper anzuordnen, und Daten mittels mindestens einem an dem Flugkörper befestigten Sensor, zu erfassen, wobei der Flugkörper in der Gasleitung seine Position verändern kann und zu interessierenden Punkten in der Gasleitung fliegen kann. Die Gasleitung muss nicht speziell ausgestaltet sein, um einen interessierenden Parameter des durch die Gasleitung strömenden Gases zu erfassen. Der unbemannte Flugkörper kann flexibel zu Punkten innerhalb der Gasleitung geflogen werden, um den mit dem zumindest einen Sensor zu ermittelnden Parameter des Gases zu erfassen. Eine präzisere Überwachung und Wartung der Gasleitung mit dem darin strömenden Gas ist möglich. An die Gasleitung angeschlossene Anlagen können beispielsweise schneller an Veränderungen in der Gaszusammensetzung oder im Druckniveau regelungstechnisch angepasst werden.
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Der Begriff „Gasleitung” umfasst erfindungsgemäß eine Leitung bzw. ein Leitungssystem, in dem insbesondere ein Fluid in Form eines Gases geführt wird. Bei dem Gas kann es sich um Erdgas, Prozessgas, Brenngas, Biogas(e), Koksofengas(e), Gichtgas(e), Rauchgas(e) und/oder Konvertergas(e) handeln.
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Eine erfindungsgemäße Gasleitung ist insbesondere Teil einer klein- oder großtechnischen Feuerungsanlage der Eisen- und Stahlindustrie, der chemischen Industrie, der Glas- und Keramikindustrie, oder Teil eines Kraftwerkkessels, eines Gasometers, eines Schornsteins, einer Biogasgewinnungsanlage oder Deponiegasgewinnungsanlage.
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Der Begriff „unbemannter Flugkörper” im Sinne der Erfindung umfasst ein Luftfahrzeug, das ohne an Bord befindliche Besatzung betreiben und navigiert werden kann und bauarttechnische Steuereinrichtungen umfasst. Der unbemannte Flugkörper kann autark bzw. autonom oder über eine Fernsteuerung geflogen werden. Bevorzugt weist der unbemannte Flugkörper eine Abmessung von wenigen Zentimetern auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der unbemannte Flugkörper mindestens einen Rotor zum Antrieb bzw. zum Flug des unbemannten Flugkörpers auf.
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Der Begriff „Sensor” umfasst erfindungsgemäß ein technisches, insbesondere elektronisches, Bauteil, das bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaften (z. B. Wärmestrahlung, Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Schall, Helligkeit oder Beschleunigung) und/oder die stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als Messgröße quantitativ erfassen kann. Insbesondere kann es sich bei dem Sensor um einen Bildsensor zur Erfassung eines Standbildes und/oder bewegter Bilder in Form eines Films, einen Sensor für Wärmebildaufnahmen, einen Umweltsensor, einen Gaszusammensetzungssensor, einen Sensor zur Erfassung des Drucks, einen Sensor zur Erfassung eines Mappings, einen Laserscanner, einen Ultraschallsensor oder einen Sonarsensor handeln. Der Sensor kann als Aufnehmer ausgestaltet sein, der als Teil einer Messeinrichtung auf eine Messgröße unmittelbar anspricht. Der Sensor kann ein Signal erzeugen, das der Messgröße entspricht.
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Der Flugkörper kann innerhalb der Gasleitung verbleiben und die mittels des mindestens einen Sensors erfassten Daten an eine Empfangseinheit senden. Der Flugkörper weist dazu bevorzugt eine Antenne auf, mit der die erfassten Daten übertragen werden können. Die Daten können kodiert oder unkodiert übertragen werden. Vor der Übertragung können die Daten aufbereitet werden; die Daten können aber auch als Rohdaten übertragen werden. Die Messgröße wird aus der Gasleitung übermittelt, vorzugsweise zu einer mit der Empfangseinheit verbundenen Auswerteeinheit. Zum Senden der Daten kann ein Standard eines Funknetzwerkes (beispielsweise Wi-Fi) oder andere Standards verwendet werden.
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Vorzugsweise ist der Flugkörper explosionsgeschützt ausgeführt. Es kann vorgesehen sein, dass eine Einhausung als Schutzgehäuse alle Bauteile umgibt, die für den Explosionsschutz wichtig sind. Das Innere des unbemannten Flugkörpers kann mit einem nicht brennbaren Gas gefüllt sein, insbesondere kann eine Befüllung mit einem Edelgas oder einem Edelgasgemisch durchgeführt sein. Die Rotoren können aus einem Kunststoff ausgeführt sein oder eine Kunststoffbeschichtung aufweisen, so dass bei einer Berührung der Rotoren mit der Gasleitungswand keine Funkenbildung entsteht. Die Elektronik kann so geregelt und/oder dimensioniert sein, dass die Elektronik sich nicht signifikant erwärmt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der unbemannte Flugkörper für ein autonomes Fliegen zu vorbestimmten Raumpunkten ausgestaltet. Hierzu kann der Flugkörper beispielsweise zur Feststellung eines Abstands zur Gasleitungswand zumindest einen an dem Flugkörper befestigten Sensor in Form eines Laserscanners, Ultraschallsensors und/oder Sonarsensors aufweisen. Es kann auch vorgesehen sein, dass an dem Flugkörper Sensoren für GPS oder DGPS vorhanden sind. Mit derartigen Sensoren für GPS und/oder DGPS kann der absolute Aufenthaltsort des Flugkörpers erfasst werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Flugkörper Abstandssensoren, Beschleunigungssensoren und/oder Sonar- bzw. Ultraschallsensoren aufweist, mit denen der Flugkörper seine relative Position in der Gasleitung ermitteln kann. Für ein autonomes Fliegen können zur Kollisionsvermeidung Sensoren benötigt werden, die sowohl die horizontalen als auch die vertikalen Abstände von Hindernissen erfassen können. Dies können einfache Abstandssensoren sein, die beispielsweise als Sonar, 3D-Sonar und/oder über laserbasierte Scan-Verfahren realisierbar sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein am Flugkörper angeordneter Energiespeicher, insbesondere ein Akkumulator, mit dem insbesondere der Flugkörper bzw. der mindestens eine Rotor angetrieben werden kann, mittels eines bzw. des an dem Flugkörper vorhandenen Rotors aufgeladen werden. Hierzu ist insbesondere ein Generator am Flugkörper befestigt, der mit dem mindestens einen Rotor des Flugkörpers verbunden ist und mit dem der Energiespeicher aufladbar ist. Beispielsweise kann zum Aufladen des Energiespeichers die Rotationsachse des mindestens einen Rotors relativ zur Gasleitung verstellt werden. Die Rotationsachse des Rotors kann, insbesondere dadurch, dass sich der Flugkörper senkrecht zur Gasleitungserstreckung stellt, quer zur Strömungsrichtung des Gases ausgerichtet werden. Es ist möglich, dass durch die Drehung des mindestens einen Rotors im Gasstrom der Gasleitung Energie erzeugt wird. Durch das mit Druck beaufschlagte Gas in der Gasleitung kann der mindestens eine Rotor wie ein kleines Windkraftrad in einem generatorischen Betrieb der Motoren den Energiespeicher aufladen. Es kann vorgesehen sein, dass der generatorisch betreibbare Rotor der mindestens eine Rotor zum Antrieb des unbemannten Flugkörpers ist. Es können auch zusätzlich oder alternativ weitere Rotoren vorgesehen sein, die generatorisch betrieben werden können. Sofern mehrere Rotoren zum Antrieb des unbemannten Flugkörpers verwendet werden, können alle oder nur eine vorbestimmte Anzahl der Rotoren generatorisch betrieben werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann mittels des Flugkörpers mindestens ein weiterer unbemannter Flugkörper in der Gasleitung bewegt werden. Der mindestens eine weitere Flugkörper braucht selbst nicht angetrieben zu werden, wenn er von dem ersten Flugkörper, auf dem er beispielsweise aufsteht, bewegt wird. Beispielsweise kann der erste Flugkörper, der den mindestens einen weiteren Flugkörper trägt, eine Aufstandsfläche für den mindestens einen weiteren Flugkörper aufweisen. Insbesondere kann der mindestens eine weitere Flugkörper kleiner ausgestaltet sein als der den mindestens einen Flugkörper tragende Flugkörper. Durch die geringere räumliche Ausdehnung des von dem ersten Flugkörper getragenen mindestens einen weiteren Flugkörpers ist die Möglichkeit gegeben, dass der größere erste Flugkörper den mindestens einen kleinen weiteren Flugkörper zu einer Stelle bewegt, in der der größere erste Flugkörper nicht weiter eintreten kann aufgrund seiner größeren Abmessungen. In diesem Fall kann der mindestens eine kleine weitere Flugkörper beispielsweise in eine kleinere Gasleitung bzw. einen Abzweig mit geringerem Durchmesser derart bewegt werden, dass der weitere Flugkörper angetrieben wird, während der erste Flugkörper an der Stelle verbleiben kann, an der der weitere Flugkörper den ersten Flugkörper verlassen hat. Der mindestens eine weitere Flugkörper, der mit dem ersten Flugkörper bewegt werden kann, kann insbesondere ein an einem vorbestimmten Einsatzort verbleibender „Einmal-Flugkörper” sein. Der weitere Flugkörper kann am vorbestimmten Einsatzort verbleiben, ohne beispielsweise selber weiter umherfliegen zu müssen. Er kann an dem entsprechenden Ort, an dem er sich befindet, Daten erfassen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Energiespeicher am ersten Flugkörper vorgesehen sein, mit dem ein Energiespeicher eines weiteren Flugkörpers aufgeladen werden kann. Bevorzugt kann es sich bei dem weiteren Flugkörper um einen Flugkörper handeln, der durch den ersten Flugkörper in der Gasleitung bewegt wurde.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines unbemannten Flugkörpers mit Sensoren, der in einer Gasleitung verwendet werden kann;
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2 eine schematische Darstellung eines in 1 gezeigten Flugkörpers in einer Gasleitung und eine Empfangseinheit.
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1 zeigt schematisch einen unbemannten Flugkörper 1. Der Flugkörper 1 weist vier Rotoren 2 auf, mittels der der Flugkörper 1 angetrieben und geflogen werden kann. An dem Flugkörper ist ein zwei Zellen aufweisender Akkumulator als Energiespeicher 3 befestigt. Der Energiespeicher 3 beaufschlagt auch an dem Flugkörper 1 befestigte Sensoren 4 und 5.
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Der Sensor 4 ist als ein Sonar ausgestaltet, mit dem ein autarkes Fliegen des Flugkörpers 1 im Hinblick auf eine Kollisionsvermeidung möglich ist. Der Sensor 5 ist als Kombinationssensor ausgestaltet, mit dem eine Gaszusammensetzung und ein Druck einer den Flugkörper 1 umgebenden Atmosphäre erfasst werden kann.
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Ferner weist der Flugkörper 1 einen Generator 6 auf, mit dem der Energiespeicher 3 mittels generatorisch betriebener Rotoren 2 aufgeladen werden kann. Die Rotoren 2 können derart in einen Gasstrom gestellt werden, dass sie mittels des Gasstroms angetrieben werden und Energie erzeugen.
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Von den Sensoren 4 und 5 erfasste Messwerte können als elektronische Signale in einem Speicher 7 abgespeichert werden. Die abgespeicherten Daten können von dem Speicher 7 oder direkt von den Sensoren 4 und 5 mittels einer eine Antenne umfassenden Telemetrieeinheit 8 zu einer Empfangseinheit übermittelt werden.
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In 2 ist der unbemannte Flugkörper 1 in eine Gasleitung 9 eingesetzt. Der am Flugkörper 1 angeordnete Sensor 4 ermöglicht das autarke Fliegen des Flugkörpers 1 in der Gasleitung 9. Der Sensor 5 erfasst die Gaszusammensetzung des in der Gasleitung 9 strömenden Gases und den Druck desselben. Mittels der Telemetrieeinheit 8 können von den Sensoren 4 und 5 erfasste Daten direkt oder nach Zwischenspeicherung in dem Speicher 7 zu einer Empfangseinheit 10 drahtlos übertragen werden. Die Empfangseinheit 10 kann mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit 11 verbunden sein, die in Abhängigkeit von den mittels der Sensoren 4 und 5 erfassten Daten eine Anlage steuert bzw. regelt, von der die Gasleitung 9 Teil der Anlage ist.
