DE2222073C2 - Vorrichtung zum Bestimmen des Heizwertes brennbarer Gase - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Heizwertes brennbarer Gase, bei dem das brennbare Gas mit einem Hilfsgas in einem bestimmten Verhältnis vermischt verbrannt und die Fiammentemperatur erfaßt wird.

Der Heizwert brennbarer Gase wird beispielsweise als die Wärmemenge in britischen Wärmeeinheiten (BTU) definiert, welche freigesetzt wird, wenn man 0,028 m³ Gas bei einer Temperatur von 15,56° C vollständig oxydiert bzw. verbrennt und sich das gesamte bei der Verbrennung entstehende Wasser in flüssigem Zustand befindet. Ist das Gas ein Kohlenwasserstoff oder ein Gemisch aus Kohlenwasserstoff, sind die Oxydationsprodukte bei vollständiger Verbrennung Kohlendioxyd und Wasser. Wird 0,028 m³ dieses Gases mit einer für eine vollständige Oxydation oder Verbrennung ausreichenden Menge Sauerstoff bei 15,56⁰C vermischt, findet die Oxydation statt, und die dabei entstehenden Oxydationsprodukte, nämlich Kohlenstoff und Wasser, werden auf 15,56° C abgekühlt, wobei das gesamte Wasser in den flüssigen Aggregatzustand kondensiert wird. Die dabei abgegebene gesamte Wärmemenge einschließlich der beim Kühlen der Oxydationsprodukte und beim Kondensieren des Wassers übertragenen Wärme ist der Heizwert des betreffenden Gases. Gemäß dieser Definition ist der Heizwert eines brennbaren Gases eine Funktion seiner chemischen Zusammensetzung, so daß es möglich ist, diesen Heizwert zu bestimmen, wenn die chemische Zusammensetzung des betreffenden Gases bekannt ist.

Der Heizwert kann auch in kcal/m³ ausgedrückt werden, ohne daß andere Schlußfolgerungen zu ziehen wären.

Der so definierte Heizwert eines brennbaren Gases wird für industrielle Zwecke vielfach als Maß der Qualität des Gases benutzt Wird ein brennbares Gas in einen Brenner eingespeist, hängt die richtige Betriebsweise des Brenners häufig sehr stark vom Heizwert des Gases ab, so daß es wichtig ist, den tatsächlichen Heizwert des verbrannten Gases innerhalb enger Grenzen zu steuern. Daher ist es üblich, den Heizwert brennbarer Gase zu überwachen.

Da der Heizwert brennbarer Gase von deren chemischer Zusammensetzung abhängt, kann er durch eine vollständige chemische Analyse des betreffenden Gases bestimmt werden, wenn der Heizwert jedes Bestandteiles dieses Gases bekannt ist. Das ist jedoch sehr zeitraubend und für eine kontinuierliche Überwachung des Heizwertes eines gerade verbrannten Gases unpraktisch.

Zum Bestimmen des Heizwertes brennbarer Gase ist es bekannt, das brennbare Gas mit einem sauerstoffhaltigen oder die Verbrennung unterstützenden Hilfsgas vermischt zu verbrennen und die Fiammentemperatur zu erfassen. Das zu diesem Zweck bekannte Kalorimeter (US-PS 12 05 704) arbeitet nach dem Prinzip der vollständigen Verbrennung für eine genaue Absorption der Wärme und der Bestimmung der freigesetzten Wärmemenge. Auf diese Weise läßt sich der Heizwert brennbarer Gase nur dann exakt bestimmen, wenn ideale Arbeitsbedingungen eingehalten werden können. Jede Abweichung von diesen idealen Bedingungen führt dazu, daß die

pro Volumeneinheit des brennbaren Gases abgegebene Wärmemenge bei der Messung vom tatsächlichen Heizwert des Gases abweicht

Weiterhin ist es zum Bestimmen des Heizwertes brennbarer Gase bekannt (US-PS 21 20791), die von Thermometern gemessenen Temperaturen als direkte Komponente bei der mechanisch durchgeführten Berechnung des Heizwertes des Gases zu benutzen. Die Thermometer betätigen zu diesem Zweck einen Motor eines mechanischen Rechners. Es wird also die Flammentemperatur a's unmittelbare Komponente für die Berechnung des Heizwertes des Gases benutzt Deshalb sind genaue Messungen nur bei Einhaltung idealer Arbeitsbedingungen möglich.

In der Praxis ist es schwierig, die für eine genaue Messung benötigten richtigen Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten, da die anfänglichen Temperaturen des brennbaren Gases und des Hilfsgases selten, wenn überhaupi, 15,56° C betragen. Auch ist die Temperatur der Verbrennungsprodukte nach der Wärmeübertragung im allgemeinen nicht 15,56° C und gewöhnlich höher als die anfänglichen Temperaturen der Gase Das erzeugte Wasser wird selten in den flüssigen Zustand kondensiert, und das wärmeabsorbierende Strömungsmittel nimmt niemals alle von den Verbrennungsprodukten abgegebene Wärme auf, da ein Teil der Wärme stets durch Strahlung und Wärmeleitung verlorengeht Alle diese Abweichungen sind eine Quelle für Meßfehler, die nur mit komplizierten und kostspieligen Geräten und häufig auch nur irater spezieller Überwachung der Umgebungsbedingung korrigiert werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Heizwert brennbarer Gase unabhängig von den jeweiligen praktischen Betriebsbedingungen in einfacher Weise weitgehend fehlerfrei bestimmen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren umfaßt in seiner Grundform folgende Schritte:

1. Das brennbare Gas wird mit einem die Verbrennung unterstützenden oder sauerstoffhaltigem Gas, wie

trockener Luft vermischt;

ff. 2. das Gemisch wird in einer oder mehreren Flammen verbrannt;

|; 3. die Flammentemperatur wird überwacht;

jpj 4. das Volumenverhältnis der beiden Verbrennungskomponenten wird so eingestellt daß die Flammentempe-

H ratur praktisch stets ihr Maximum aufweist und

|| 5. das die maximale Flammentemperatur liefernde Volumenverhältnis wird zum Bestimmen des Heizwertes

gemessen.

S^ Dieses gemessene Volumenverhältnis wird nachfolgend als »kritisches Verbrennungsverhältnis« bezeichnet

und kann als das Volumenverhältnis definiert werden, welches eine maximale Flammentemperatur liefert, wenn ■i£ die Verbrennungskomponenten miteinander vermischt verbrannt werden. Es wurde gefunden, daß das kritische

|λ Verbrennungsverhältnis sich praktisch direkt mit dem Heizwert des brennbaren Gases ändert und daß der

i'<! Heizwert sehr genau angezeigt wird, wenn man das kritische Verbrennungsverhältnis mißt.

■ ' Durch die Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen, den Heizwert brennbarer Gase unabhängig von der bei

' der Verbrennung freigesetzten Wärmemenge zu messen, so daß die obenerwähnten Meßfehler oder Meßgenau-

i;i igkeiten das Meßergebnis nicht beeinträchtigen können. Die Messung ist einfach kontinuierlich durchzuführen

und wird durch die Umgebungstemperatur und andere sich ändernde Umweltfaktoren nicht beeinträchtigt. Das Verfahren kann mit verhältnismäßig einfachen Vorrichtungen durchgeführt werden, ohne daß beispielsweise die Umgebungstemperatur innerhalb enger Grenzen zu halten ist. Auf Wärmeverluste zurückzuführende Fehler können nicht auftreten, da die einzige gemessene Wärmemenge ein relativer Wert ist Man braucht nicht den absoluten Wert irgendeiner Temperatur zu messen. Vielmehr sind die Bedingungen zu messen, bei denen die Fiammentemperatur brennbarer Gase bzw. Gasgemische ein Maximum erreicht, das sich unabhängig von Wärmeverlusten an der Flamme einstellt. Außer einer Eichung in bezug auf bekannte Gasgemische sind keine Korrekturen erforderlich, jedoch wird eine größere Genauigkeit als mit bekannten Meßverfahren erreicht welche noch dazu komplizierter als das vorgeschlagene Verfahren sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet zuverlässig in einem Umgebungstemperaturbereich von —44 bis + 55°C, d.h. also in einem Temperaturbereich, der bei bekannten Meßverfahren starke Schwankungen der Meßergebnisse hervorrufen würde. Außerdem wurde gefunden, wie das Vermischen zahlreicher Gase automatisch geregelt werden kann, um den Heizwert dieser Gemische konstant halten zu können, damit die Verbrennungstemperatur stets ein Maximum erreicht.

In der Zeichnung sind verschiedene Beispiele für Vorrichtungen zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform dieser Vorrichtung, F i g. 2 eine gegenüber F i g. 1 abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung, F i g. 2A ein Diagramm der zeitabhängigen Luftzufuhr zum Brenner der Vorrichtung aus F i g. 2,

F i g. 2B ein Diagramm, aus dem der Einfluß ständiger kleiner Störungen der Luftzufuhr auf die Flammentemperatur zu erkennen ist,

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung, F i g. 4 noch eine andere Ausführungsform der Vorrichtung,

F i g. 4A eine im Maßstab vergrößerte Teilansicht nach Linie 4A-4A aus F i g. 4 einer Aufzeichnungskarte und des diese beschriftenden Stiftes,

F i g. 5 ein Schaltbild der Steuerung des thermoelektrischen Elementes der Vorrichtung aus F i g. 1, F i κ. 6 ein Schaltbild der Steuerung des thermoelektrischen Elementes der Vorrichtung aus F i g. 2 und

F i g. 7 ein Schaltbild der Steuerung des thermoelektrischen Elementes aus F i g. 3.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zum Bestimmen des Heizwertes brennbarer Gase wird anhand von F i g. 1 erläutert, in welcher eine hierzu geeignete Vorrichtung 1 schematisch dargestellt ist. Zur ) Vereinfachung wird das die Verbrennung unterstützende oder sauerstoffhaltige Gas nachstehend als »trockene , Luft« oder »Luft« bezeichnet, wobei es sich versteht, daß diese Bezeichnung auch alle anderen hierzu geeigneten \ Gase umfassen soll. In ähnlicher Weise wird das brennbare Gas nur als »Gas« bezeichnet.

Die Meßvorrichtung 1 besitzt einen Brenner 2, der eine Flamme erzeugt und einen Mekerbrennkopf 3 aufweist, welcher an seinem Auslaßende ein flammentragendes Gitter 4 aufweist. In den Brenner 2 führen j Zufuhrleitungen 5 und 6 für trockene Luft und Gas. Diese Zufuhrleitungen 5 und 6 münden mit ihren inneren ?s

ίο Enden in ein Y-förmiges Verbindungsstück 7, das in eine gemeinsame Leitung 8 führt, die als Mischkammer dient f\ und das Gasgemisch dem Brenner 2 zuführt. Nahe den äußeren Enden der Zufuhrleitungen 5 und 6 ist in . „ denselben jeweils ein Steuerventil 9 bzw. 10 angeordnet, mit welchem der Durchstrom durch die betreffende >■ Leitung jeweils genau reguliert werden kann. Zwischen dem Y-förmigen Verbindungsstück 7 und den Steuer- ■;; ventilen 9 bzw. 10 sind in die Zufuhrleitungen 5 und 6 geeignete Meßeinrichtungen, wie jeweils ein Standschei- j^¹

benströmungsmesser 10 bzw. 11, eingebaut. Beim Verbrennen von einem Gas-Luft-Gemisch bilden sich auf der || Außenseite des Gitters 4 zahlreiche kleine Flämmchen 13, während bei vielen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen I das Kohlenmonoxyd-Verbrennungsprodukt in einer großen Flamme 14 verbrennt, wenn es sich mit der Außenluft vermischt.

Innerhalb der Flamme 14 oder direkt über den Flämmchen 13 ist ein thermoelektrisches Element 15 angeord- :

net, welches ein Eingangssignal für einen Regler 16 liefert, der das für die Luftzufuhr bestimmte Steuerventil 9 derart betätigt, daß das vom thermoelektrischen Element 15 abgegebene elektrische Signal stets auf einem ; Maximum bleibt. Daher befindet sich die vom thermoelektrischen Element 15 gemessene Temperatur des ^; verbrannten Gases und die acliabatische Flammentemperatur der Flämmchen 13 stets auf einem Maximum. Es _: sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Zufuhrleitungen auch vertauscht werden können, so daß trockene Luft !

durch die Zufuhrleitung 6 und das in dieser liegende Steuerventil 10 und das Gas durch die Zufuhrleitung 5 mit ,;' dem in dieser liegenden Steuerventil 9 strömt In diesem Falle betätigt der Regler 16 das Steuerventil 9 für die '■,% Gaszufuhr derart, daß das vom thermoelektrischen Element 15 ausgehende elektrische Signal nach Möglichkeit ;, stets ein Maximum besitzt. Dementsprechend ist die vom thermoelektrischen Element 15 gemessene Gastemperatur und die adiabatische Flarnmentemperatur der Flämmchen 13 stets auf einem Maximum.

Ein elektrisches oder pneumatisches Signal FA, das der vom Strömungsmesser 11 gemessenen Menge der ^ zuströmenden Luft proportional ist, wird durch eine Leitung 17 in einen Teiler 18 eingespeist. In ähnlicher Weise j wird ein elektrisches oder pneumatisches Signal FG, das der vom Strömungsmesser 12 ermittelten Menge des ^; zuströmenden Gases proportional ist, durch eine Leitung 19 in den Teiler 18 eingespeist Der Teiler 18 ist ein geeigneter Rechner, dessen Ausgang das kritische Verbrennungsverhältnis zwischen Gas und Luft ist und sich ·

dadurch ergibt, daß das Signal FA durch das Signal FC dividiert wird. . 'j

Ein anderes Verfahren wird mit der in F i g. 2 dargestellten Vorrichtung durchgeführt, die der Vorrichtung aus * F i g. 1 ähnlich ist. Wiederum ist eine Meßvorrichtung 1 vorgesehen, jedoch wird zusätzlich trockene Luft oder ... Gas, vorzugsweise Luft, von Zeit zu Zeit dem Gas-Luft-Gemisch zugeführt Bei dieser Ausführungsform ist ein Regler 16' zwischen dem thermoelektrischen Element 15 und dem Steuerventil 9 für die Steuerung der Luft- oder Gaszufuhr angeordnet. Die Zufuhrleitungen 5 und 6 für Luft und Gas münden über ein Y-förmiges Verbindungsstück 7 in eine als; Mischkammer dienende Leitung 20, in welche eine zusätzliche Luftzufuhrleitung '·'■' 21 zwischen dem Brenner 2 und dem Verbindungsstück 7 mündet In der Luftzufuhrleitung 21 befindet sich ein fi Steuerventil 22, das von einem Impulsregler 23 gesteuert wird, der dieses Ventil mit gleichförmigen Intervallen ^! jeweils kurzzeitig öffnet.

Wie die in F i g. 2A dargestellte Kurve zeigt besitzt der gesamte Luftzustrom zum Brenner 2 ein zeitabhängiges Verhalten. Der Impulsregler 23 arbeitet beständig so, daß der gesamte Luftdurchstrom durch den Brenner die Summe des Luftdurchstromes durch das Steuerventil 9 und einer kontinuierlichen Serie von von durch das " Steuerventil 22 zugeführten Luftimpulsen ist, wobei die Amplitude dieser Luftimpulse klein ist im Vergleich mit der durch das Steuerventil 9 hindurchströmenden Luftmenge. Die Luftimpulse bewirken eine fortlaufende Serie von kleinen Störungen des gesamten Luftdurchstromes durch den Brenner 2. Falls die von dem thermoelektri- : sehen Element 15 gemessen«: Temperatur der verbrannten Gase nicht ein Maximum besitzt bewirken die fortlaufend wiederkehrenden kleinen Störungen des Luftdurchsirömes eine fortlaufende Serie von kleiner. · Störungen der Temperatur der verbrannten Gase. Die Auswirkung dieser Störungen auf die Temperatur der ; ■ verbrannten Gase ist in den Kurven aus F i g. 2B zu erkennen. £_:

Die erste oder oberste Kurve aus F i g. 2B zeigt den Zustand, wenn mehr Luft als für eine maximale Tempera- || tür der verbrannten Gase benötigt durch das Steuerventil 9 zugeführt wird, so daß die Verbrennungstemperatur |g unter deren Maximum liegt Ean kleiner durch das Steuerventil 22 zugeführter Luftimpuls erhöht immer wieder || den Luftdurchstrom durch den Brenner, wodurch die Temperatur der verbrannten Gase vorrübergehend immer || wieder noch mehr sinkt Ditise zeitweiligen Verringerungen der Verbrennungstemperatur entsprechen der fortlaufenden Serie von Luftimpralsen, welche somit eine fortlaufende Serie von negativen Temperaturimpulsen bewirken, wie in der obersten Kiarve aus F i g. 2B gezeigt Wenn der Regler 16' diese negativen Temperaturimpulse über das thermoelektrische Element 15 feststellt verstellt er das Steuerventil 9 so, daß die Gesamtmenge der in den Brenner 2 strömenden Luft verringert wird.

Die zweite Kurve aus F i g. 2B zeigt die Situation, wenn der Luftdurchstrom durch das Steuerventil 9 geringer als zum Erreichen einer maximalen Temperatur der verbrannten Gase benötigt ist In diesem Falle erhöhen von Zeit zur Zeit durch das Steueiventil 22 zugeführte kleine Luftimpulse die durch den Brenner strömende ! Luftmenge und damit auch die Temperatur des brennenden Gases. Dies entspricht der kontinuierlichen Serie ] von Luftimpulsen, welche eirie kontinuierliche Serie von positiven Temperaturimpulsen erzeugen. Wenn derj

abgewandelte Regler 16' über das thermoelektrische Element 15 diese Temperaturimpulse feststellt, betätigt er das Steuerventil 9 derart, daß die dem Brenner 2 zuströmende Luftmenge erhöht wird.

Wenn sich die Brenntemperatur des Gases auf einem Maximum befindet, haben kleine Störungen in der gesamten durchströmenden Luftmenge keine wesentlichen Einflüsse auf die Brenntemperatur. Wie die letzte oder unterste Kurve aus Fig.2B zeigt, wird die Temperatur des brennenden Gases durch die fortlaufenden Serien von Luftimpulsen (Fig. 2A) nicht beeinflußt. In diesem Falle stellt der Regler 16' keine Temperaturimpulse fest und verstellt dementsprechend auch nicht das Steuerventil 9. Daraus ergibt sich also, daß der Regler das für die Luftzufuhr dienende Steuerventil derart betätigt, daß die Temperatur des brennenden Gases auf einem Maximum gehalten wird.

Andererseits kann es wünschenswert sein, genügend große Luftimpulse durch das Steuerventil 22 zuzuführen, um kleine negative Temperaturimpulse zu erzeugen, wenn sich die Temperatur des brennenden Gases auf einem Maximum befindet. In diesem Falle ist der Regler so ausgebildet, daß er das Steuerventil 9 nur dann verstellt, wenn das thermoelektrische Element 15 Temperaturimpulse einer Größe oder Form feststellt, die sich von den Temperaturimpulsen unterscheiden, die auftreten, wenn das Gas mit maximaler Temperatur verbrennt.

Die mit der Vorrichtung aus F i g. 2 erzeugten elektrischen oder pneumatischen Signale FA und FG, welche den von den Strömungsmessern 11 und 12 festgestellten zuströmenden Luft- und Gasmengen proportional sind, werden von den Leitungen 17 und 19 dem Teiler 18 zugeführt, welcher ein Ausgangssignal von FA dividiert durch FC liefert und das somit das kritische Verbrennungsverhältnis zwischen Gas und Luft bildet.

Ein drittes Verfahren zum Messen des kritischen Verbrennungsverhältnisses oder des Heizwertes von Gas ist mit der in F i g. 3 dargestellten Vorrichtung möglich. Diese Vorrichtung besitzt zusätzlich einen zweiten Brenner 2', der dem Brenner 2 ähnlich oder gleich ist und ebenfalls einen Mekerbrennkopf 3' und ein Gitter 4' aufweist, so daß der ebenfalls eine Vielzahl kleiner Flammen oder Flämmchen 13' erzeugen kann, jedoch bei vielen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen mit einer großen Kohlenmonoxyd-Flamme 14' brennt. Zwei Y-artige Verbindungsstücke 27 und 27' und zwei gemeinsame Leitungen 28 und 28' oder Mischkammern sind an die inneren Enden der Zufuhrleitungen 5 und 6 für die Zufuhr von trockener Luft und Gas zu den Brennern 2 und 2' angeschlossen, so daß die Luftzufuhr zu beiden Brennern gleich ist In der Zufuhrleitung 6 für Gas ist zwischen dem Y-artigen Verbindungsstück 27 und der Abzweigleitung zum anderen Y-artigen Verbindungsstück 27' eine kleine Stauscheibe 29 eingebaut, so daß die in die Leitung 28 und somit in den Brenner 2 gelangende Gasmenge etwas geringer als die in die Leitung 28' und den Brenner 2' gelangende Gasmenge ist Obwohl es nicht notwendig ist, daß beide Brenner identisch sind, ist es wichtig, daß beide Brenner denselben Wärmeverlust haben und ihnen gleiche Luftmengen zugeführt werden. Innerhalb der Flammen 14 und 14' oder oberhalb der Flämmchen 13 und 13' ist ein Paar thermoelektrischer Elemente 25 und 25' angeordnet, die parallel zueinander an einen Regler 26 angeschlosser sind, welcher das für die Gaszufuhr bestimmte Steuerventil 10 derart steuert, daß das von den thermoelektrischen Elementen abgegebene elektrische Signal einen charakteristischen Wert behält Von diesen Ausnahmen abgesehen ist die Vorrichtung aus F i g. 3 mit der Meß vorrichtung 1 aus F i g. 1 identisch.

Die Temperaturdifferenz zwischen den thermoelektrischen Elementen 25 und 25' ist gleich der Temperatur des oberhalb der Flämmchen 13' befindlichen thermoelektrischen Elementes 25' minus der Temperatur des oberhalb der Flämmchen 13 befindlichen thermoelektrischen Elementes 25. Wenn das Verhältnis der durch den Strömungsmesser 11 hindurchströmenden Menge trockener Luft zum Verhältnis der durch den Strömungsmesser 12 hindurchströmenden Menge Gas gleich dem kritischen Verbrennungsverhältnis ist so sind die adiabatisehen Flammentemperaturen des durch die beiden Brenner hindurchströmenden Gemisches weitgehend gleich. Aufgrund des Einflusses der Stauscheibe 29 ist das Verhältnis zwischen trockener Luft und Gas in der Leitung 28' und damit im Brenner 2' etwas kleiner als das kritische Verbrennungsverhältnis und das Verhältnis von trockener Luft zu Gas in der zum Brenner 2 führenden Leitung 28 etwas größer als das kritische Verbrennungsverhältnis. Somit liegen die adiabatischen Flammentemperaturen der in den Brennern 2 und 2' verbrannten Gemische jeweils etwas unter dem Maximum und sind im wesentlichen gleich. Die Durchschnittstemperatur der verbrannten Gase in den beiden Brennern befindet sich im wesentlichen auf einem Maximum und jede Änderung des Zustromverhältnisses wird entweder die Temperatur beider Flammen verringern oder die Temperatur einer Flamme mehr als zum Ausgleichen jedes Erhöhens der Temperatur der anderen Flamme erforderlich verringern. Jede von den thermoelektrischen Elementen 25 und 25' gemessene Differenz zwischen den Temperaturen ist auf eine Differenz ihrer relativen Lage gegenüber den Flämmchen 13 und 13' zurückzuführen, und diese relative Lage Hegt fest Wenn daher das Verhältnis der durch den Strömungsmesser 11 durchströmenden Luftmenge zum Verhältnis der durch den Strömungsmesser 12 strömenden Gasmenge gleich dem kritischen Verbrennungsverhältnis ist besitzt die Temperaturdifferenz zwischen den beiden thermoelektrischen Elementen einen charakteristischen Wert, der unabhängig von der Zusammensetzung des Gases ist

Der Regler 26 ist so eingestellt daß er das Steuerventil 10 nicht verstellt, wenn sich die Differenz zwischen den thermoelektrischen Elementen auf diesem charakteristischen Wert befindet Wenn das Verhältnis der durch den Strömungsmesser 11 hindurchströmenden Liiftmenge zur durch den Strömungsmesser 12 hindurchströmenden Gasmenge größer als das kritische Verbrennungsverhältnis ist ist auch die Temperaturdifferenz zwischen den thermoelektrischen Elementen 25 und 25' größer als dieser charakteristische Wert In diesem Falle enthält das dem Brenner 2 zugeführte gasförmige Gemisch stets einen größeren Luftüberschuß als das dem Brenner 2' zugeführte gasförmige Gemisch. Die thermoelektrischen Elemente stellen die zwischen den beiden Flammen 14 und 14' bestehende Temperaturdifferenz fest wobei das dadurch entsprechende Signal bewirkt daß der Regler 26 das Steuerventil derart verstellt daß die durch den Strömungsmesser 12 hindurchströmende gesamte Gasmenge erhöht wird

Wenn das Verhältnis der durch den Strömungsmesser 11 hindurchströmenden Luftmenge zur durch den Strömungsmesser 12 hindurchströmenden Gasmenge geringer als das kritische Verbrennungsverhältnis ist so liegt auch die Temperaturdifferenz zwischen den thermoelektrischen Elementen 25 und 25' unter dem obener-

wähnten charakteristischen Wert. In diesem Fall enthält das im Brenner 2' befindliche gasförmige Gemisch stets einen größeren Überschuß vor. Gas als das im Brenner 2 befindliche Gemisch. Die thermoelektrischen Elemente stellen die daraus entstehende Temperaturdifferenz zwischen den Flammen fest und das dabei erzeugte Signal bewirkt, daß der Regler 26 das Steuerventil 10 derart verstellt, daß die durch den Strömungsmesser 12 hindurchströmende gesamte Gasmenge sinkt. Wie oben beschrieben arbeitet der Regler so, daß er die gesamte durch den Strömungsmesser 11 hindurchströmende Luftmenge in einem Verhältnis zur gesamten durch den Strömungsmesser 12 hindurchströmenden Gasmenge hält. Dieses Verhältnis ist im wesentlichen gleich dem Kritischen Verbrennungsverhältnis, das vom Teiler 18 erzeugt wird, dessen Ausgang das elektrische oder pneumatische Signal FA dividiert durch das elektrische oder pneumatische Signal FG ist.

Ein viertes Verfahren zum Messen des kritischen Verbrennungsverhältnisses und damit des Heizwertes eines Gases ist schematisch in F i g. 4 dargestellt. Die zu diesem Zweck vorgesehene Vorrichtung besitzt eine Zufuhrleitung 30 für trockene Luft und eine Zufuhrleitung 31 für brennbares Gas, die in ein Y-förmiges Verbindungsstück 32 münden, das an eine gemeinsame Leitung 33, die als Mischkammer dient, angeschlossen ist. Diese Leitung 33 führt in einen Brenner 34, der den Brennern 2 aus den vorhergehe:.otn Beispielen gleich sein kann. In den Zufuhrleitungen 30 und 31 ist jeweils ein Druckregulator 35 bzw. 36 angeordnet. In der Zufuhrleitung 30 befindet sich außerdem ein Steuerventil 37 bzw. Regelventil, das in Sirömungsrichiung hinter dem Druckregulator 35 liegt und ein bestimmtes Zustromverhältnis zwischen Luft und Gas einstellt. Das Steuerventil 37 besitzt ein Absperrelement 38, das an einem Ende einer langen Ventilstange 39 angebracht ist, die in eine Ventilkappe 40 des Steuerventils eingeschraubt ist, so daß durch Drehen der Ventilstange 39 das Steuerventil geöffnet oder geschlossen wird. In Strömungsrichtung hinter dem Druckregulator 36 befindet sich in der Zufuhrleitung 31 eine den Durchstrom verringernde Stauscheibe 41. Der Druckregulator 36 hält den Druckabfall über die Stauscheibe 41 konstant, wodurch man einen konstanten Zustrom von Gas durch die Zufuhrleitung 31 erhält Der Brenner 34 besitzt vorzugsweise einen Mekerbrennkopf 42 und ein Gitter 43 zum Erzeugen einer Vielzahl von Flämmchen 44 und für viele kohlenstoffhaltige Brennstoffe einer Kohlenmonoxyd-Flamme 45.

Die Ventilstange 39 ist in Lagern 46 und 47 drehbar gelagert. Am freien Ende der Ventilstange 39 ist eine Scheibe 48 drehfest angebracht, die als Auflager für eine Aufzeichnungen aufnehmende Karte 49 dient. V/ie „r.i besten F i g. 4A zeigt, wird auf der Scheibe 48 eine übliche kreisförmige Karte 49 angebracht, auf der ein Schreibstift 50 Aufzeichnungen vornimmt, welcher verschwenkbar an einer Betätigungseinrichtung 51 angebracht ist Die Betätigungseinrichtung 51 wird von einem Verstärker 52 angeregt, der von einem thermoelektrisehen Element 53 elektrische Signale erhält Dieses thermoelektrische Element 53 befindet sich oberhalb der Flämmchen 44 und/oder innerhalb der Kohlenmonoxyd-FIamme 45. Außerdem ist ein Elektromotor 54 vorgesehen, um die Ventilstange 39 in beiden Richtungen wahlweise anzutreiben. Zwischen dem Elektromotor 54 und der Energiequelle desselben ist eine Steuereinheit 55 angebracht, weiche die Drehrichtung und das Ausmaß dieser Drehungen regelt Der Elektromotor 54 besitzt eine Abtriebswelle 56, die über Zahnräder 57 und 58 an die Ventilstange 39 angeschlossen ist

Jede Position der Karte 49 und der diese tragenden Scheibe 48 entspricht einer bestimmten Einstellung des Steuerventils 37 und somit einem bestimmten Zustromverhältnis von trockener Luft zu Gas. Der Schreibstift 50 trägt auf der Karte 49 die Temperatur des verbrannten Gases für jede Stellung der Karte ein, und diese Temperatur ist charakteristisch für das Zustromverhältnis von trockener Luft zu Gas entsprechend jeder dieser Stellungen. Wenn es erwünscht ist, das kritische Verbrennungsverhältnis von Gas zu messen, wird der Elektromotor 54 durch die Steuereinheit 55 betätigt um die Ventilstange 39 zunächst in einer Richtung und dann in der entgegengesetzten Richtung zu drehen. Diese Drehung kann eine vollständige Umdrehung oder eine Teilumdrehung, beispielsweise um 30°, in jeder Richtung sein. Der Schreibstift 50 schreibt zweimal, nämlich jeweils einmal für jede Drehrichtung. Die Ventilstange 39 wird um einen Winkel oder Bogen verdreht der für eine ihrer gewünschten Positionen ausreichend ist, um einem spezifischen Zustromverhältnis von trockener Luft zu Gas zu entsprechen, welches gleich dem kritischen Verbrennungsverhältnis ist

Das Zusammenwirken der gedrehten Karte 49 und des für die Aufzeichnung bestimmten Schreibstiftes 50 erzeugt eine graphische Darstellung der Temperatur des verbrannten Gases als Funktion des Zustromverhältnisses von Luft zu Gas. Das Verhältnis, welches die maximale Temperatur oder das kritische Verbrennungsver-

hältnis erzeugt, kann direkt von der Karte abgelesen werden, nachdem die Ventilstange ihre vollständigen Drehbewegungen durchlaufen hat Falls erwünscht, kann die Karte 39 bedruckt sein, so daß die auf ihr befindlichen kreisförmigen Koordinaten eine direkte Ablesung in Heizwerten wie in STU/SCF ermöglicht, da der Heizwert dem kritischen Verbrennungsverhältnis proportional ist Auch ist es möglich, das Steuerventil 37 und die Stauscheibe 41 gegeneinander auszutauschen, wenn Gas durch die Zufuhrleitung 30 und Luft durch die Zuführleitung 31 zugeführt werden, um ein spezifisches Strömungsverhältnis von Gas zu Luft statt von Luft zu Gas zu erhalten. Ferner ist einzusehen, daß die zuerst beschriebenen drei Verfahren auch mit der kontinuierlichen Aufzeichnung des vorliegenden Verfahrens arbeiten können.

Obwohl die Regler 16,26 und 16' nicht als Standardgeräte zu erhalten sind, können sie aus Standardgeräten hergestellt oder in einfacher Weise von geeigneten Instrumentenherstellern aus üblichen Bauelementen gebaut

werden. In jedem Regler wird der Gasstrom von einem reversiblen Gleichstrommotor geregelt, und in den Reglern 16 und 26 gehen die Energieanschlüsse zu dem Motor durch zwei Relais hindurch, welche wiederum von einem elektrischen Strom gesteuert werden, der von einem elektronischen Steuerstromkreis abgegeben wird. Die Relais haben unterschiedliche Schwellenwerte für den Strom, ab denen sie arbeiten. Wenn dieser Strom oberhalb der Schwellenwerte beider Relais liegt, werden diese in eine solche Position gebracht daß die Energie den Motor in einer Richtung antreibt, welche eines der Einlaßventile der Vorrichtung schließt Wenn der Strom unter den Schwellenwerten beider Relais liegt werden dieselben in eine andere Position bewegt, so daß die Energie den Motor in der entgegengesetzten Richtung antreibt Wenn der Strom zwischen den beiden Schwellenwerten liegt, befinden sich die Relais in derartigen Positionen, daß der Motor überhaupt nicht arbeitet Der

Eingang des elektronischen Steuerstromkreises ist an die Drähte des thermoelektrischen Elementes angeschlossen. Im Falle des Reglers 26 ist der elektronische Steuerstromkreis eine EMK oder ein Wandler, der Spannung in Strom umwandelt, wobei es sich um ein Standardbauelement handelt.

Gemäß F i g. 5 besitzt der Regler 18 einen reversiblen Gleichstrommotor 60, der mit einem Zahnrad 61 oder

Kettenrad versehen ist, das auf seiner Abtriebswelle 62 sitzt und mit einem angetriebenen Zahnrad 63 oder j Kettenrad kämmt, das auf einer drehbaren Welle 64 befestigt ist, um das Steuerventil 9 für die Luftzufuhr oder das Steuerventil 10 für die Gaszufuhr zu öffnen und zu schließen. Die Polarität der Energieklemmen des Motors kann ausgetauscht werden, um die Drehrichtung der Abtriebswelle des Motors umzukehren und somit die Ventile zu öffnen und zu schließen. Zwei handelsübliche Alarmschalter 65 und 66 sind mittels einer Leitung 69 in Reihe geschaltet und besitzen zwei einpolige Doppeldurchschalter oder Relais 67 bzw. 68, deren Pole 70 und 71 über entsprechende elektrische Leitungen 72 und 73 an die austauschbaren Energieklemmen des reversiblen Gleichstrommotors 60 angeschlossen sind. Der Schwellenwert jedes dieser Schalter ist einstellbar und liegt beim

ρ Schalter 65 etwas höher als beim Schalter 66. Jedes der Relais 67 und 68 besitzt Kontakte A und B, wobei der

f? Kontakt B des Relais 67 und der Kontakt A des Relais 68 über eine positive elektrische Leitung 74 an eine

;* Energiequelle 76 angeschlossen ist. Eine negative elektrische Leitung stellt eine elektrische Verbindung zwi-

^f sehen der Energiequelle und dem Kontakt A des Relais 67 und zum Kontakt B des Relais 68 her, so daß die |5 Abtriebswelle 62 des Gleichstrommotors 60 in einer Richtung gedreht wird, wenn die Pole 70 und 71 mit den

ί j Kontakten A in Verbindung stehen, während die Abtriebswelle 62 in entgegengesetzter Richtung gedreht wird, r; wenn diese Pole mit den Kontakten B in Verbindung stehen, so daß man die Steuerventile 9 und 10 wunschge- :'■; maß schließen und öffnen kann.

,. Der elektronische Steuerstromkreis des Reglers 16 wird von den übrigen Elementen dieses Reglers gebildet

:?: und besitzt einen elektronisch gesteuerten Doppelpol-Doppeldurch-Schalter oder Relais 77, das elektrisch in

'ff eine Leitung 78 eingeschlossen ist, welche sich zwischen dem Schalter 65 und einer geeigneten konstanten Stromquelle 79 erstreckt. Dieses Relais 77 wird über eine Anschlußklemme 80 vom Ausgangssignal eines h Diii'erenzierschaltelementes 81 gesteuert, welches direkt an das thermoelektrische Element 15 angeschlossen ist.

£ Es sei darauf hingewiesen, daß das Differenzierschaltelement 81 verschiedene Ausführungsformen besitzen

ί; kann, die alle bekannt sind. Die konstante Stromquelle 79 ist außerdem über eine Leitung 82 elektrisch mit dem ;] zweiten Schalter 66 verbunden. Um eine Reihe von positiven Stromimpulsen Kontakten 83 des Relais 77 ■'■'. zuzuführen, sind zwei elektrische Leitungen 84 vorgesehen, welche einen Oszillator 85 an die Kontakte 83

anschließt Ein anderer elektrischer Oszillator 86 gibt eine Reihe oder Serie von negativen Stromimpulsen an :. einen zweiten Satz elektrischer Kontakte 87 als Doppelkontakte des Relais 77 durch elektrische Leitungen 88. ρ. Da das Relais 77 einen Doppelpol 89 in der Leitung 78 hat, wird ein konstanter Strom von der Stromquelle 79 ' dem Doppelpol des elektronischen Schalters oder Relais 77 zugeführt. Den Schaltern 65 und 66 wird ein

kombinierter Strom zugeführt, da diese Schalter über die Leitung 69 in Reihe geschaltet sind, wobei dieser kombinierte Strom aus dem konstanten Strom und entweder einer Serie von positiven oder von negativen Stromimpulsen besteht, was davon abhängt, ob der Doppeipol 89 mit den Kontakten 83 oder den Kontakten 87 in Verbindung steht Dieser kombinierte Strom bildet das Ausgangssignal des elektronischen Steuerkreises, wobei zu jeder gegebenen Zeit der Ausgang jeder der beiden Oszillatoren 85 und 86 einem von der Stromquelle 79 ausgehenden konstanten Strom überlagert wird und der letztgenannte Strom sich zwischen den Schwellenwerten der Alarmschalter 65 und 66 befindet Wenn die EMK des thermoelektrischen Elementes oder der Flammentemperatur mit der Zeit erhöht wird, ist der Ausgang des Differenzierschaltelementes 81 derart daß der elektronische Schalter bzw. das elektronische Relais nicht aktiviert oder ausgelöst wird und der Doppelpol desselben in derselben Position verbleibt In diesem Falle ist der Ausgang des elektronischen Steuerkreises bzw. der elektronischen Steuerung eine ständige Serie entweder positiver oder negativer Stromimpulse, die vom Oszillator 85 oder 86 ausgehen, wodurch eine intermittierende öffnungs- oder Schließbewegung der Zufuhrsteuerventile wegen der intermittierenden Betätigung j 1 des Motors 60 bewirkt wird, wodurch die Flammentemperatur kontinuierlich erhöht wird. Nachdem die Flammentemperatur das Maximum überschritten hat, wird das Ausgangssignal des Differenzierschaltelementes 81 umgekehrt und aktiviert oder löst den Doppelpol 89 des elektronischen Relais 77 aus, wodurch der andere I- Oszillator an den Ausgang der elektronischen Steuerung angeschlossen wird, wodurch die Polarität oder das Vorzeichen der Stromimpulse, welche das Ausgangssignal bilden, umgekehrt wird. Dadurch ergibt sich, daß die Richtung, in welcher das Einlaßventil oder Steuerventil bewegt wird, sich umkehrt, so daß sich die Flammentemperatur wieder ihrem maximalen Wert nähert

Wenn der vom elektronischen Steuerkreis oder der elektronischen Steuerung abgegebene Strom bzw. das öj Ausgangssignal dieser Steuerung oberhalb des oberen Schwellenwertes der Schalter 65 und 66 liegt, bewegen H sich die Pole 70 und 71 in Kontakt mit den Kontakten B der Relais 67 und 68, so daß der von der Energiequelle 67 ausgehende Strom durch die Leitungen 74 und 72 fließt und die Abtriebswelle 62 des Gleichstrommotors 60 in einer Richtung dreht, welche eine Schließbewegung des Einlaßventils bewirkt Wenn sich der Strom oder das Ausgangssignal der elektrischen Steuerung unterhalb der Schwellenwerte der Schalter 65 und 66 befindet, kommen die Pole 70 und 71 mit den Kontakten A der Relais 67 und 68 in Kontakt, so daß der Strom von der Stromquelle durch die Leitungen 74 und 73 fließt und die Drehrichtung des Gleichstrommotors 60 umgekehrt und eine Öffnungsbewegung des Steuerventils ausgelöst wird. Somit arbeitet der Regler 16 derart, daß die Flammentemperatur auf oder nahe ihrem maximalen Wert gehalten wird.

Wie in F i g. 7 gezeigt, enthält der Regler 26 der Vorrichtung aus F i g. 3 einen reversiblen Gleichstrommotor 90, der mit einem Zahnrad 91 versehen ist, das drehfest auf seiner Abtriebswelle 92 sitzt und mit einem angetriebenen Zahnrad 93 kämmt, das auf einer drehbaren Welle 94, welche das Steuerventil 10 für die Zufuhr von brennbarem Gas öffnet oder schließt, sitzt Die Drehrichtung des Gleichstrommotors kann umgekehrt werden, wenn man die Polarität seiner Energieanschlußklemmen austauscht Zwei Alarmschalteinheiten oder

-— ■ ■ ' ^! ■ 3f

Schalter 95 und 96 sind in Reihe über eine Leitung 99 geschaltet und enthalten jeweils eineii Einpoi-Doppeldurch-Schalter oder ein entsprechendes Relais 97 bzw. 98, deren Pole 100 bzw. 101 über elektrische Leitungen 102 bzw. 103 an die Anschlußklemmen des reversiblen Gleichstrommotors 90 angeschlossen sind. Jedes der Relais 97 und 98 besitzt zwei gegenüberliegende Kontakte A und B, wobei die Kontakte A und B und B und A der Relais 97 und 98 über entsprechende positive und negative elektrische Leitungen 104 und 105 an eine Energiequelle 106 angeschlossen sind, so daß die Abtriebswelle 92 des Gleichstrommotors in einer Drehrichtung angetrieben wird, wenn die Pole 100 und 101 mit den Kontakten A in Verbindung stehen, während ein Antrieb in der entgegengesetzten Drehrichtung erfolgt, wenn die Pole 100 und 101 mit den Kontakten B verbunden sind. Jeder der Schalter 95 und 96 besitzt einen einstellbaren Schwellenstrom, bei dem das Relais oder der Schalter

ίο aktiviert wird. Dieser Schwellenstrom oder Schwellenwert liegt beim Schalter 95 etwas höher als beim Schalter 96. Die Temperaturdifferenz des Brenners, welche von den thermoeäektrischen Elementen 25 und 25' gemessen wird und welche dem kritischen Verbrennungsverhältnis oder der maximalen Flammentemperatur entspricht liegt in der Mitte oder zwischen den Temperaturdifferenzen, welche den Schwellenwerten der Schalter 95 und 96 entsprechen.

Die Schalter 95 und 96 sind mittels elektrischer Leitungen 107 bzw. 108 an einen Wandler 109 angeschlossen, f! der als Steuerelement Spannung bzw. EMK in Strom umwandelt und handelsüblich zu beziehen ist Dieser ,ß Wandler 109 ist vorzugsweise auf einen Stromausgangsbereich von 10 bis 50 mA eingestellt wenn der Span- f" nungseingangsbereich zwischen 1,5 und 3,5 mV liegt. Zum Erzeugen eines Stromes, der eine lineare Funktion der Temperatur am thermoelektrischen Element 25' min as der Temperatur am thermoelektrischen Element 25 ist jff

ist der Wandler 109 direkt an diese thermoelektrischen Elemente angeschlossen und sein Ausgangsstrom wird |i

durch die Leitungen 107 und 108 in die Schalter 95 und % eingespeist Wenn der Zustrom von brennbarem Gas ~ zu gering ist um die Flammentemperatur auf ein Maximum zu bringen, ist die Differenz zwischen den Temperaturen der thermoelektrischen Elemente größer als der charakteristische Wert, welcher das Steuerventil 10 nicht betätigt und der vom Wandler gelieferte Strom übersteigt den Schwellenwert beider Schalter 95 und 96. Die Pole 100 und 101 der Relais 97 und 98 berühren die Kontakte B dieser Relais, so daß der Gleichstrommotor 90 mit der Energiequelle 106 durch die Leitungen 102 bis 105 in Verbincung steht und die Abtriebswelle 92 des Gleichstrommotors in einer Richtung gedreht wird, welche ein öffnen des Steuerventils und eine Erhöhung des Zustromes von brennbarem Gas erhöht wobei der elektrische Strom durch die Leitungen 104 und 102 und das ||l Relais 97 von der Energiequelle zum Gleichstrommotor fließt *;

Wenn der Zustrom von brennbarem Gas zu hoch ist um die Flammentemperatur auf ein Maximum zu i:^; bringen, ist die Differenz zwischen den Temperaturen an den thermoelektrischen Elementen 25' und 25 geringer ;(■ als der obenerwähnte charakteristische Wert und der vom Wandler 109 ausgehende Strom liegt unter dem C Schwellenwert beider Schalter 95 und 96. Der Pol jedes Relais steht dann mit dem Kontakt A in Verbindung, und der Gleichstrommotor 90 ist an die Energiequelle 106 derart angeschlossen, daß der elektrische Strom durch die ^; Leitungen 104 und 103 und das Relais 98 von der Energiequelle zum Gleichstrommotor fließt, so daß die Abtriebswelle 92 des Gleichstrommotors in entgegcnge&etsier Richtung gedreht wird und das Steuerventil 10 in Richtung seiner Schließposition verstellt um dadurch den Zustrom von brennbarem Gas zu verringern. Da der Schwellenwert des Schalters 96 niedriger als der des Schalters 95 liegt bewegt sich sein Pol 101 zum Kontakt B des Relais 98, bevor der Pol 100 des Relais 97 sich zu dem ihm zugeordneten Kontakt B bewegt wenn der vom Wandler 109 ausgehende Strom die Schwellenwerte übersteigt. Hingegen bewegt sich der Pol 100 zum Kontakt A des Relais 97, bevor der Pol 101 zum Kontakt A des Relais 98 bewegt wird, wenn der vom Wandler ausgehende Strom unter die Schwellenwerte sinkt

üfcr Regler 26 arbeitet so, daß der Endwert des optimalen Verhältnisses zwischen Luft und brennbarem Gas eine Temperaturdifferenz zwischen den thermoelektrischen Elementen und einen daraus entstehenden, vom Wandler 109 abgegebenen Strom erzeugt, welcher nur den Schalter 96 und nicht den Schalter 95 betätigt, wodurch der Pol des Relais 98 mit dem Kontakt B in Berührung kommt während der Pol des Relais 97 am Kontakt A dieses Relais anliegt. Dementsprechend sind beide zum Motor führende Leitungen 102 und 103 an dieselbe und nur an diese eine Anschlußklemme der Energiequelle durch die negative Leitung 105 angeschlossen, wodurch der Motor nicht betätigt wird und der Zustrom von brennbarem Gas auf seinem gewünschten Endwert konstantgehalten wird. Ebenso ist der Gleichstrommotor 90 ausgeschaltet, wenn die Positionen der Pole 100 und 101 umgekehrt ist und dieselben den Kontakt B des Relais 97 und den Kontakt A des Relais 98 berühren und dementsprechend die zum Motor führenden Leitungen an dieselbe Klemme der Energiequelle 106 über die positive Leitung 104 angeschlossen sind. Die der Temperaturdifferenz der thermoelektrischen Elemente entsprechenden Abweichungen des vom Wandler 109 ausgehenden Stromes bewirken, daß das Verhältnis zwischen Luft und brennbarem Gas im wesentlichen auf dem Wert gehalten wird, welcher für ein Maximum der Flammentemperatur erforderlich ist Es sei darauf hingewiesen, daß der Regler 26 eine bevorzugte Ausführungsform besitzt, obwohl andere Schaltelemente verwendet werden können, um das Ventil für die Gaszufuhr zu steuern, und daß das wichtige Merkmal dieser Konstruktion die drei unterschiedlichen Zustände sind, welche von der Ausgangsspannung der thermoelektrischen Elemente 25 und 25' ist, welche die drei Arbeitsweisen des Steuerventils bewirken, nämlich daß dasselbe stationär bleibt geöffnet oder geschlossen wird. Auch ist es ohne weiteres möglich, statt des für die Gaszufuhr vorgesehenen Steuerventils 10 das für die Luftzufuhr oder die Zufuhr eines die Verbrennung unterstützenden Gases bestimmte Steuerventil 9 zu steuern.

Wie F i g. 6 zeigt, besitzt der Regler 16' der Vorrichtung aus F i g. 2 einen reversiblen Gleichstrommotor 110, der ein Zahnrad 111 besitzt, das drehfest auf seiner Abtriebswelle 112 angeordnet ist und mit einem Zahnrad 113

kämmt, das auf einer Welle 114, die zum öffnen und Schließen des für die Luftzufuhr bestimmten Steuerventils 9 oder des für die Gaszufuhr bestimmten Steuerventils 10 dient, befestigt ist. Die Drehrichtung des Gleichstrommotors kann durch Vertauschen der Polarität seiner Anschlußklemmen umgekehrt werden. Ein elektronischer Doppelpol-Doppeldurch-Schalter oder ein entsprechendes Relais 115 ist über Leitungen 116 und 117 elektrisch

mit den Eingangsldemmen des Gleichstrommotors und durch elektrische Leitungen 119 und 120 mit der Energiequelle 118 für den Gleichstrommotor verbunden. Das Relais 115 wird über eine Anschlußklemme 121 von den Ausgangssignalen eines Impulsamplituden-Meßelementes 122, das direkt an das thermoelektrische Element 15 angeschlossen ist, gesteuert Es sei darauf hingewiesen, daß die Ausbildung des Impuls-Meßelementes veränderbar ist, da derartige Schaltelemente allgemein bekannt sind.

Wenn die Menge des zuströmenden Gases höher als eine maximale Flammentemperatur erforderlich ist, mißt das thermoelektrische Element 15 eine fortlaufende Serie von negativen Temperaturimpulsen. Der Eingang des Impulsamplituden-Meßelementes 122 ist eine andauernde Serie von negativen Spannungsimpulsen, welche entsprechend den Temperaturimpulsen von dem thermoelektrischen Element 15 erzeugt werden. Der Ausgang des Impulsampiituden-Meßelementes 122 ist eine konstante negative Spannung, die der Amplitude der negativen Spannungsimpulse gleich ist und zur Anschlußklemme 121 des umschaltbaren Relais 115 geführt wird.

Wenn die Spannung an der Anschlußklemme 12! negativ ist, werden die Anschlußklemmen 123 der Leitungen 116 und 117 an zwei Kontakte 124 des elektronischen Relais 115 angeschlossen. Dann fließt der Strom von der Energiequelle 118 durch die Leitungen 120 und 116 zum Gleichstrommotor 110, wodurch derselbe derart angetrieben wird, daß er das die Luftzufuhr steuernde Ventil in seine Schließstellung bewegt

Wenn die Luftzufuhr geringer als für eine maximale Flammentemperatur erforderlich ist stellt das thermoelektrische Element 15 eine fortlaufende Serie von positiven Temperaturimpulsen fest Der Eingang zum Impulsamplituden-Meßelement 122 ist dann eine fortlaufende Serie von positiven Spannungsimpulsen, welche von dem thermoelektrischen Element 15 entsprechend den Temperaturimpulsen erzeugt werden. Der Ausgang des Impulsamplituden-Meßelementes 122 ist dann eine konstante positive Spannung, welche gleich der Amplitude der vorstehend erwähnten positiven Spannungsimpulse ist und an die Anschlußklemme 121 des Relais 115 gelegt wird.

Wenn die Spannung an der Anschlußklemme 121 positiv ist, sind die Anschlußklemmen 123 der Leitungen 116 und 117 an Kontakte 125 des umschaltbaren elektronischen Relais 115 angelegt Dann fließt ein Strom von der Energiequelle durch die Leitungen 120 und 117 zum reversiblen Gleichstrommotor 110, so daß dieser das für die Luftzufuhr bestimmte Steuerventil in seine Öffnungsrichtung bewegt

Der Regler 116' arbeitet also derart, daß er die Flammentemperatur auf oder nahe ihrem Maximum hält

Das vorstehend beschriebene Verfahren wurde auf eine Vielzahl von brennbaren Gasen angewendet

Die brennbaren Gasgemische wurden dadurch hergestellt, daß man gleichzeitig Methan und ein zweites Gas durch Rotadurchflußmesser leitete, um deren Strömungsmengen zu messen, woraufhin man die zwei Gase vermischte und dieses Gemisch dann in einen Mekerbrenner einleitete. Das Methan war nach handelsüblichen Vorschriften chemisch rein. Die dem Methan zugemischten Gase waren chemisch reiner Stickstoff, chemisch reines Äthan und instrumentenreines Propan, die alle handelsüblich bezogen wurden. Diese Gase sind typische Beispiele für die Hauptbestandteile, die in natürlichen Gasen auftreten. Jedes dieser im Handel bezogenen Gase wurde durch Gaschromatographie quantitativ analysiert

Die Tabelle 1 zeigt die chemischen Zusammensetzungen mehrerer untersuchter brennbarer Gasgemische und den Heizwert jedes Gemisches, der aufgrund der Zusammensetzung des Gemisches ermittelt wurde:

Heizwert BTU/SCF 993 1333 1206 738

Natürliches Gas hat einen nominellen Heizwert von etwa 1000 BTU/SCF und die normale Abweichung dieses Wertes liegt im Bereich der Gemische aus Tabelle 1. Ein übliches ASTM (American Society For Testing Materials)-Verfahren zum Messen des Heizwertes, wobei Luft als wärmeabsorbierendes Strömungsmittel benutzt wird und auf dem die meisten handelsüblichen Instrumente basieren, ist auf einen Bereich von etwa 300 BTU/SCF ohne die Möglichkeit einer erneuten Kalibrierung beschränkt. Daher besteht ein Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß ein größerer Bereich von Heizwerten mit einer einzigen Kalibrierung oder Eichung gemessen erden kann als bisher möglich war. Der Heizwert jedes der in F i g. 1 aufgeführten Gemische wurde nach der ersten Verfahrensvariante dieser Erfindung gemessen, wobei die Meßergebnisse in Tabelle 2 aufgeführt sind.

Tabelle 1	Gemisch	Gemisch	76,66	Gemisch	71,39	Gemisch
Zusammensetzung des Gasgemisches (%)	A	B	0,10	C	28,17	D
Bestandteil	99,64	23,05	0,25	74,08
	0,13	—	0,02	0,10
Methan	—	0,17	0,16	—
Äthan	—	0,01	0,01	—
Propan	0,22	0,01	—	25,81
Äthylen	0,01	100,00	100,00	0,01
Stickstoff	—			—
Sauerstoff	100,00			100,00
Kohlendioxyd

Tabelle 2 Gemessener Heizwert	Kritisches Verbrennungsverhältnis	Gemessener Heizwert	Heizwert nach chemischer Analyse
Gemisch	9,25 12,40 1130 652	994 1332 1212 743	993 1333 1206 738
A B C D

Beim gemessenen Heizwert betrug der Eichfaktor 1073 BTU/SCF.

Zuerst wurde das kritische Verbrennungsverhältnis für jedes brennbare Gasgemisch unter Verwendung der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ermittelt Dabei wurden jedoch die Gaszustrommengen von Hand anstatt automatisch geregelt Die Menge von zuströmender trockener Luft, welche die Flammentemperatur auf ein Maximum bringt, wurde durch Messen der Temperatur mit dem thermoelektrischen Element 15 bei drei verschiedenen, nahe an den maximalen Bedingungen liegenden Zustrommengen von Luft bestimmt Dann wurden diese Meßdaten aufgetragen und zu einer parabolischen Kurve verbunden, welche die Veränderung der Temperatur mit dem Zustrom trockener Luft zeigt Obwohl dieses Verfahren für Laboruntersuchungen geeignet ist, wird der Zustrom trockener Luft gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kontinuierlich und selbsttätig verändert um das vom thermoelektrischen Element ausgehende Signal und somit die Temperatur auf ein Maximum zu bringen. Die Gas- und Luftzustrommengen wurden mit Rotametern gemessen,

die unter Verwendung eines Flüssigkeitstestmessers geeicht worden sind, woraufhin das kritische Verbrennungsverhältnis aus diesen Meßergebnissen unter Anwendung folgender Gleichung errechnet wurde:

„..,,,, . „.. . Zustrom trockener Luft bei maximaler Temperatur

Kritisches Verbrennungsverhaltnis = _Gesamter Zustrom von brennbarem Gas bei maximaler Temperatur

Obwohl bei diesen Experimenten oder Untersuchungen die Zustrommenge trockener Luft verändert wurde, um eine maximale Temperatur zu erreichen, können im wesentlichen gleiche Ergebnisse dadurch erreicht werden, daß man die Zustrommenge des brennbaren Gasgemisches oder beide Zustrommengen verändert, weil nur das Verhältnis dieser beiden Zustrommengen wichtig ist

Dann wurde der Heizwert aus dem gemessenen kritischen Verbrennungsverhältnis unter Verwendung folgender Gleichung errechnet:

Heizwert = Eichfaktor χ kritischem Verbrennungsverhältnis

Diese Gleichung ergibt den Heizwert nach der Messung gemäß dem Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung aus Fig. 1. In der Praxis wird der Eichfaktor dadurch bestimmt, daß man das Verfahren in Verbindung mit brennbaren Gasgemischen mit bekanntem Heizwert durchführt. Durch Eichen der Vorrichtung in dieser Weise und Anwendung der oben angegebenen Gleichung werden konstante Fehler korrigiert, die beim Zumessen der Gase bzw. beim Regeln der Gaszufuhren gemacht werden, so daß die Genauigkeit des Verfahrens auf diese Weise weiter verbessert wird. Um die Ergebnisse aus Tabelle 2 zu erreichen, wurde ein einziger Eichfaktor verwendet, der nach dem die wenigsten Abgleichungen erfordernden Verfahren gewählt wurde, um die Übereinstimmung zwischen den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemessenen Heizwerten und den nach der bekannten Zusammensetzung des brennbaren Gasgemisches bestimmten Werten auf ein Maximum zu bringen. Diese Übereinstimmung liegt unter 0,5% über den gesamten Bereich der Heizwerte und diü Ergebnisse zeigen, daß der Heizwert tatsächlich dem kritischen Verbrennungsverhältnis proportional ist.

Daß der nach den vorgeschlagenen Verfahren gemessene Heizwert von der Ausgangstemperatqr des Gases und der Position des thermoelektrischen Elementes unabhängig ist, zeigen die in der Tabelle 3 aufgeführten Werte, wobei diese Tabelle die gemessenen Heizwerte von chemisch reinem Methan bei unterschiedlichen Positionen des thermoelektrischen Elementes und unterschiedlichen Ausgangstemperaturen des Gases zeigt.

Tabelle 3	Ausgangstemperatur	Kritisches	Gemessener
Position des	des Gases	Verbrennungsverhältnis	Heizwert
thermoelektrischen
Elementes	41,irC	9,22	991 BTU/SCF
15,87 cm	42,78° C	9,21	990
9,52 cm	17,780C	9,21	990
15,87 cm	12,78° C	9,25	994
15,87 cm	12,78°C	9,26	995
9,52 cm

Die Positionen des thermoelektrischen Elementes zeigen den Abstand der Spitze des thermoelektrischen
Elementes von der Oberseite des Brenners an, während der Eichfaktor beim gemessenen Heizwert 1073
BTU/SCF betrug.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Bestimmen des Heizwertes brennbarer Gase, bei dem das brennbare Gas mit einem Hilfsgas in einem bestimmten Verhältnis vermischt verbrannt und die Fiammentemperatur erfaßt wird

dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenverhältnis der beiden Verbrennungskomponenten derart eingestellt wird, daß die Fiammentemperatur etwa ihr Maximum erreicht, und daß dieses Volumenverhältnis zum Bestimmen des Heizwertes gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsgas in gleich große Teilmengen aufgeteilt wird, diese Teilmengen unabhängig voneinander mit ungleich großen Teilmengen des brennbaren

ίο Gases vermischt werden, die so gewonnenen Gemische unabhängig voneinander verbrannt werden, die Temperaturen der brennenden Gemische ermittelt werden, die Volumenverhältnisse der Gase vor dem Aufteilen derselben derart eingestellt werden, daß die Gemische mit einer im wesentlichen maximalen Durchschnittstemperatur verbrennen, und das diese maximale Durchschnittstemperatur erzeugende Volumenverhältnis der Verbrennungskomponenten zum Bestimmen des Heizwertes festgestellt und aufgezeichnet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase vor dem Verbrennen etwa Umgebungstemperatur aufweisen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Umgebungstemperaturen im Bereich von —40" C bis +55° C gearbeitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsgas trockene Luft ist

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführte Menge des Hilfsgases eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführte Menge des brennbaren Gases eingestellt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzielen des Volumenverhäitnisses der Verbrennungskomponenten die zugeführten Mengen der zu vermischenden Gase unabhängig voneinander eingestellt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gasgemisch kontinuierlich zusätzliche Mengen der einen Gaskomponente in kleinen Impulsen zugegeben werden, um fortlaufend kleine Störungen der gesamten durchströmenden Gasmenge zu erzielen, daß die den Gasimpulsen entsprechenden Temperaturimpulse des brennenden Gemisches gemessen und daß die zuströmende Menge der einen Gaskomponente so eingestellt wird, daß man die maximale Fiammentemperatur erhält.