DE69907222T2

DE69907222T2 - Energieverbrauchsmessen

Info

Publication number: DE69907222T2
Application number: DE69907222T
Authority: DE
Inventors: Robert Richard Melbourne THURSTON; Paul Steven Hammond; Barry Leonard Quorn PRICE
Original assignee: Lattice Intellectual Property Ltd
Current assignee: Lattice Intellectual Property Ltd
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2019-08-21
Also published as: RU2206075C2; MXPA01001947A; GB9919720D0; GB9818388D0; CA2340714A1; US6517237B1; GB2340945A; DK1108210T3; DE69907222D1; EP1108210A1; JP2002523743A; CA2340714C; KR20010072889A; AU5433899A; WO2000011465A1; KR100445266B1; EP1108210B1; GB2340945B; BR9913237A; PT1108210E

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Energiemesser und auf ein Verfahren zum Messen verbrauchter Energie. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei der Lieferung von Energie in Form von Brenngas.
Der herkömmliche Energieverbrauch in Form von Brenngas wird für Abrechnungszwecke bestimmt durch Messen des Volumen des dem Verbraucher gelieferten Gases durch Vorsehen eines Gas-Strömungsmessers an der Auslieferungsstelle. Der Gaslieferant überwacht außerdem die Qualität des Gases, das an ein vom Verbraucher belegtes Verteilungsgebiet geliefert wird, unter Verwendung des Wärmewertes (CV = calorific value) des Gases, der das fundamentale Maß für Energie pro Volumeneinheit ist, allgemein gemessen mit einem großen und kostspieligen Chromatograhpen. Aus dem CV des an das Gebiet gelieferten Gases, zusammen mit der Ablesung des vom Verbraucher verbrauchten Brenngasvolumens, ist der Gaslieferant in der Lage, den Energieverbrauch zu bestimmen, der dem Verbraucher in Rechnung gestellt wird.
Da der Verbraucher lediglich das verbrauchte Gasvolumen ohne Kenntnis der Gasqualität feststellen kann, ist er nicht in der Lage, genau zu überwachen, wie viel ihm in Rechnung gestellt werden wird. Dies ist insbesondere nachteilig für "münzbetätigte" sogenannte Prepay-Gaszähler.
Erfindungsgemäß ist ein Energiemesser zum Messen einer in Form von Gas gelieferten Energiemenge vorgesehen mit folgenden Merkmalen: mit
Mitteln zum Messen eines gelieferten Gasvolumens; einer Vorrichtung zum Bestimmen des Wärmewertes des gelieferten Gases, einschließlich Mittel zum Messen der Schallgeschwindigkeit im Gas und Mittel zur Verwendung der Schallgeschwindigkeit in einem Vorgang, der den Wärmewert des Gases entsprechend der Schallgeschwindigkeit erzeugt; und mit
Mitteln zum Berechnen eines Energiewertes entsprechend dem Volumen des gelieferten Gases und dem gemessenen Wärmewert, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Bestimmen des Wärmewertes des Gases Mittel zum Messen einer ersten Wärmeleitfähigkeit des Gases bei einer ersten Temperatur, Mittel zum Messen einer zweiten Wärmeleitfähigkeit des Gases bei einer zweiten Temperatur, die von der ersten Temperatur abweicht, und wobei die Mittel, die den Wärmewert des Gases erzeugen, die erste und die zweite Wärmeleitfähigkeit zusätzlich zur Schallgeschwindigkeit bei dem Vorgang verwenden, der den Wärmewert des Gases entsprechend der Schallgeschwindigkeit und der ersten und der zweiten Wärmeleitfähigkeit erzeugt.
Ferner weist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmen einer gelieferten Energiemenge folgende Verfahrensschritte auf:
Messen eines gelieferten Gasvolumens;
Messen eines Wärmewertes des gelieferten Gases, einschließlich der Messung der Schallgeschwindigkeit im Gas und Verwendung der Schallgeschwindigkeit in einem Vorgang, der den Wärmewert entsprechend dieser Schallgeschwindigkeit des Gases erzeugt, und
Errechnen eines Energiewertes des gelieferten Gases entsprechend dem gemessenen Volumen des gelieferten Gases und dem gemessenen Wärmewert, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Wärmewertes des Gases ferner das Messen einer ersten Wärmeleitfähigkeit des Gases bei einer ersten Temperatur, das Messen einer zweiten Wärmeleitfähigkeit des Gases bei einer zweiten Temperatur, die von der ersten Temperatur abweicht, und das Erzeugen des Wärmewertes des Gases unter Verwendung der ersten und zweiten Wärmeleitfähigkeit zusätzlich zur Schallgeschwindigkeit in einem Vorgang einschließt, der den Wärmewert des Gases entsprechend der Schallgeschwindigkeit und der ersten und zweiten Wärmeleitfähigkeit erzeugt.
Das Vorsehen einer Energieablesung am Verbrauchergrundstück ermöglicht dem Verbraucher eine Überwachung darüber, wie viel ihm berechnet werden wird. Dies ist besonders vorteilhaft für Prepay-Zähler.
Die Mittel zum Messen eines gelieferten Gasvolumens und die Vorrichtung zum Messen des Wärmewertes des Gases sind vorzugsweise in einer einzigen Einheit vorgesehen. Die Mittel zum Berechnen des Energiewertes können ebenfalls in der gleichen Einheit vorgesehen sein, können aber auch zusätzlich oder alternativ entfernt gelegen vorgesehen sein, zum Beispiel bei der Abrechnungsabteilung des Gaslieferanten.
Da die Schallgeschwindigkeit eines Gases durch eine herkömmliche kompakte und kostengünstige Vorrichtung bestimmt werden kann, so kann diese in einer kleinen Meßeinheit vorgesehen und mit entsprechend kompakten Einrichtungen ausgestattet sein, vorzugsweise in Form von Steuerelektroniken oder einer Verarbeitungseinrichtung, um den Wärmewert aus der gemessenen Schallgeschwindigkeit zu erzeugen. Eine solche Vorrichtung zum Messen eines Wärmewertes des Gases ist viel kleiner, billiger und leichter zu betreiben als eine herkömmliche Wärmewert-Meßvorrichtung wie ein Chromatograph. Folglich ist dadurch die Herstellung eines Meßgerätes oder Zählers zum Messen von Energie möglich, das bzw. der klein, kostengünstig und zuverlässig ist, wenn es bzw. er mit einer Einrichtung zum Messen eines gelieferten Gasvolumens verwendet wird.
Das oben beschriebene Meßgerät sowie das verfahren sind sowohl für häusliche als auch industrielle Anwendung geeignet.
Alle Bezugnahmen auf den Wärmewert schließen Parameter ein, die dem Wärmewert wie dem Wobbe-Indes x
äquivalent sind. Alle Bezugnahmen auf Wärmewert schließen außerdem vom Wärmewert abhängige Parameter ein, die, wenn mit dem gelieferten Gasvolumen betrachtet, einen vom Energiewert abhängigen Parameter erzeugen.
Alle Bezugnahmen auf Energiewert schließen Parameter ein, die abhängig sind von Energiewerten wie Preis in der örtlichen Währung. Der Preis wird bestimmt durch Multiplizieren der verbrauchten Energie, gemessen in Joule oder Wattstunden z. B., mit dem Preis pro Energieeinheit.
Die Erfindung wird nunmehr beispielsweise mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt
1 schematisch eine Vorrichtung, in der die Erfindung ausgeführt werden kann,
2 schematisch eine Vorrichtung zum Messen des wärmewertes eines Gases und
3 schematisch eine Vorrichtung zum Messen eines verbrauchten Gasvolumens.
Nach 1 ist ein Energiemesser 1 so eingerichtet, daß er eine Lieferung von Brenngas aus einem Einlaß 2 empfängt und Brenngas an einen Verwender über einen Auslaß 9 liefert. Der Messer 1 umfaßt ein Wärmewert-(CV-) Meßgerät 3, einen volumetrischen Strömungsmesser 4 zum Messen eines gelieferten Gasvolumens sowie eine Steuereinrichtung 5, die mit dem CV-Meßgerät 3 über eine Verbindung 6 und mit dem Strömungsmesser 4 über eine Verbindung 7 verbunden ist, um einen Energiewert des gelieferten Gases aus dem CV und dem gelieferten Gasvolumen zu errechnen. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird Brenngas dem CV-Meßgerät 3 durch den Einlaß 2 zugeführt und dem volumetrischen Strömungsmesser 4 vom CV-Meßgerät 3 durch eine Leitung (nicht dargestellt) zugeführt und verläßt den volumetrischen Strömungsmesser 4 über den Auslaß 9, um von einem Verwender verbraucht zu werden.
Das CV-Meßgerät 3 kann irgendeine Einrichtung zum Messen der Schallgeschwindigkeit des Gases und eine Einrichtung zum Verwenden der Schallgeschwindigkeit in einem Vorgang aufweisen, der den Wärmewert des Gases entsprechend der gemessenen Schallgeschwindigkeit erzeugt.
Nach 2 hat das dargestellte Gerät 3 zum Messen des Wärmewertes eines Gases eine Kammer 21, in die das Gas über eine Einlaßleitung 22 eingebraucht wird und die es über eine Auslaßleitung 23 verläßt. Die Einlaßleitung 22 schließt eine Wärmetauscher-Einrichtung 24, z. B. eine Kupferwendel, mit ein, durch die die Temperatur des ankommenden Gases auf einen Wert eingeregelt werden kann, der im wesentlichen der gleiche ist wie derjenige der Umgebungstemperatur der äußeren Atmosphäre, wodurch das Gas in der Kammer 21 im wesentlichen durchweg auf einheitlicher Temperatur ist. Die Kammer 21 enthält einen Ultraschall-Sender-Wandler 25 und einen Ultraschall-Empfänger- Wandler 26. Eine elektronische Steuereinrichtung 27, einschließlich eines Computers, ist mit einem Signalgenerator 28 verbunden, so daß unter der Steuerung der Steuereinrichtung 27 der Signalgenerator den Wandler 25 veranlaßt, Ultraschallsignale 29, wie gewünscht, auszusenden. Die Ultraschallsignale 29 werden vom Wandler 26 empfangen, und deren Empfang wird der Steuereinrichtung 27 über eine Leitung 30 signalisiert. Die Flugzeit der Ultraschallsignale zwischen den Wandlern 25 und 26 wird durch die Steuereinrichtung 27 gemessen, die so ausgelegt ist, daß sie SoS errechnet, was die Schallgeschwindigkeit in Meter/Sekunde (m/s) ist.
Jede beliebige Einrichtung zum Messen der Schallgeschwindigkeit im Gas kann verwendet werden, wie beispielsweise die in US 4938066 beschriebene. Das am meisten bevorzugte Verfahren ist allerdings das in den UK-Patentanmeldungen GB 9813509.8, GB 9813513.0 und GB 9813514.8 beschriebene. Diese Anmeldungen offenbaren die Verwendung eines akustischen Resonators, um die Schallgeschwindigkeit eines Gases innerhalb des Resonators zu messen. Eine treibende elektronische Schaltung, die einen Mikroprozessor enthalten oder ein solcher sein kann, erzeugt ein sinusförmiges Signal über einen geeigneten Bereich von Frequenzen, um einen Lautsprecher zu betreiben. Der Lautsprecher beaufschlagt das Innere eines Resonators mit einem akustischen Signal. Ein Mikrofon ermittelt die Stärke des akustischen Signals innerhalb des Resonators. Das Signal vom Mikrofon wird gefiltert und durch eine entsprechende elektronische Schaltung verstärkt, und eine Verarbeitungseinrichtung bestimmt die Resonanzfrequenz mit Bezug auf das Gas innerhalb des Resonators und ist daraus in der Lage, die Schallgeschwindigkeit des Gases zu bestimmen.
Ein Temperaturfühler 31 in der Kammer 21 versieht die Steuereinrichtung 27 auf Leitung 32 mit Daten, die den Wert der Umgebungstemperatur repräsentieren.
Der Umgebungstemperaturfühler 31 kann Teil eines Wärmeleitfähigkeitsensors 33 sein, der Wärmeleitfähigkeits-Beobachtungsmittel 34 aufweist. Der Wärmeleitfähigkeitssensor 33 kann ein Miniatur-Wärmeleitfähigkeits-Mikrosensor-Modell vom Typ TCS 208 sein, erhältlich von Hartmann & Braun AG, Frankfurt am Main, Deutschland, jedoch wird jeder geeignete Wärmeleitfähigkeitssensor genügen.
Die Wärmleitfähigkeits-Beobachtungsmittel 33 zum Beobachten der Wärmeleitfähigkeit des Gases haben eine Heizeinrichtung, die als Antwort auf Signale an der Leitung 35 von der Steuereinrichtung 27 her bei mehr als einer ausgewählten gewünschten Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur, die durch den Fühler 31 beobachtet wird, arbeiten kann, und ein für die Wärmeleitfähigkeit des Gases bei der gewünschten Temperatur repräsentatives Signal wird an die Steuereinrichtung auf Leitung 36 gesendet.
Die Steuereinrichtung 27 veranlaßt den Wärmeleitfähigkeitssensor 33, die Wärmeleitfähigkeit des Gases bei zwei unterschiedlichen gewünschten Temperaturen t_H und t_L, bei denen t_H eine vorbestimmte gewünschte Anzahl von Temperaturgraden t₁ oberhalb der vom Sensor 31 beobachteten Umgebungstemperatur und t_L eine vorbestimmte gewünschte Anzahl von Temperaturgraden t₂ oberhalb Umgebungstemperatur ist, wobei die Anzahl t₁ größer ist als die Anzahl t₂.
Unter Verwendung der beobachteten oder gemessenen Werte der Schallgeschwindigkeit im Gas, der Wärmeleitfähigkeit des Gases bei Temperatur t_H und t_L und des beobachteten Wertes der Umgebungstemperatur des Gases durch den Fühler 31 errechnet die Steuereinrichtung 27 den Wärmewert des Gases unter Anwendung der Formel: CV = a·ThCH + b·ThCL + c·SoS + d·Ta + e·Ta 2 + f I
worin
CV der Wärmewert ist;
ThC_H die Wärmeleitfähigkeit des Gases bei Temperatur t_H ist;
ThC_L die Wärmeleitfähigkeit des Gases bei Temperatur t_L ist;
SoS die Schallgeschwindigkeit im Gas bei Umgebungstemperatur ist;
T_a die Umgebungstemperatur des Gases ist, die durch den Fühler 31 beobachtet wird, und
a, b, c, d, e und f jeweilige Konstanten sind.
Das betreffende Gas kann ein Gemisch von zwei oder mehr Gasen sein, bei dem die Zusammensetzung des Gemisches variable Anteile haben kann. Zum Beispiel kann das betreffende Gas ein Brenngas sein. Ein solches Brenngas kann Erdgas sein. Das Erdgas kann Methan und mindestens eines von Ethan, Propan, Butan, Pentan oder Hexan enthalten und kann ferner Stickstoff und/oder Kohlendioxid aufweisen.
Um die Konstanten a, b, c, d, e und f in Gleichung I abzuleiten, kann die als Regressionsanalyse bekannte mathematische Technik in Bezug auf Daten verwendet werden, die im Zusammenhang mit dem betreffenden Gas gesammelt werden. Die Anteile der Gase im Gemisch können verändert werden, um eine Anzahl von unterschiedlichen Proben zu bilden. Bei Anwendung chromatographischer Methoden wird der Wärmewert (CV) einer Probe erhalten, die Umgebungstemperatur T_a der Probe wird gemessen, und die Wärmeeaktivitäten ThC_H und ThC_L der Probe werden gemessen. Dies Geschieht nacheinander bzw. der Reihe nach für jede Probe, um einen Satz von gemessenen Werten entsprechend jeder Probe zu erhalten. Die Sätze von Werten werden in Gleichung I eingesetzt, und die "bestpassenden" Werte für die Konstanten a, b, c, d, e und f werden abgeleitet. Im Falle von an einer Reihe von Stellen im Vereinigten Königreich an Land kommendem Erdgas wurde die Regressionsanalyse an Proben von den unterschiedlichen Stellen und auch an Gas-Äquivalenzgruppen durchgeführt, die künstliche Nachbildungen im Labor sind von Gemischen aus Methan und Ethan, Methan und Butan, Methan und Pentan und Methan und Hexan, bei denen im Labor jene Gemische durch unterschiedliche Mixturen von Methan und Propan repräsentiert werden.
Als die Gleichung I auf Erdgas und auf Gas-Äquivalenzgruppen angewandt und die Regressionsanalyse verwendet wurde, wurden folgende Wert für die Konstanten abgeleitet, nämlich:
a = 36,25649,
b = –45,5768
c = 0,047029
d = 0,091067
e = 0,00074 und
f = 24,18731, wenn
CV der Wärmewert von Gas in MJ/m³ _st
(Megajoule/Standardkubikmeter) ist;
ThC_H die Wärmeleitfähigkeit des Gases in W/m·K (wo K Grad Kelvin ist) bei einer Temperatur von im wesentlichen 70 Grad Celsius oberhalb der Umgebungstemperatur T_a ist;
ThC_L die Wärmeleitfähigkeit des Gases in W/m·K bei einer Temperatur t_L ist, die im wesentlichen 50 Grad Celsius oberhalb der Umgebungstemperatur T_a ist;
SoS die Schallgeschwindigkeit im Gas in m/s ist und T_a die Umgebungstemperatur des Gases in Grad Celsius ist.
Bei der obigen Anwendung von Gleichungen I bei Erdgas ist der Wert für t₁ im wesentlichen 70°C und der Wert für t₂ im wesentlichen 50°C. Somit beträgt die Differenz zwischen den Temperaturen t_H und t_L, bei denen die Wärmeleitfähigkeiten ThC_H und ThC_L gemessen werden, im wesentlichen 20°C [(T_a + 70) – (Ta + 50) = 20]. Jedoch können Konstanten für jede geeignete Temperaturen bestimmt werden, bei denen die Wärmeleitfähigkeiten ThC_H und ThC_L gemessen werden.
Der Wert des Wärmewertes CV des Gases, der durch die Steuereinrichtung 27 errechnet wird, kann visuell wiedergegeben und/oder ausgedruckt oder sonstwie durch Aufzeichnungsmittel 37 auf Signale von der Steuereinrichtung hin aufgezeichnet werden.
Durch irgendeine an sich bekannte Technik kann die Steuereinrichtung 27 mit Informationen versorgt werden, die die relative Dichte des Gases wiedergeben, oder die Steuereinrichtung kann mit Informationen versehen werden, die sie in die Lage versetzen, die relative Dichte (RD) des Gases zu errechnen. Die Steuereinrichtung 27 kann den Wert des Wobbeindex WI des Gases errechnen oder sonstwie erhalten unter Verwendung der Formel WI =
Ein Verfahren zum Messen der relativen Dichte ist in der UK-Patentanmeldung Nr. GB 9715448.8 vom 22. Juli 1997 beschrieben.
Das Volumen von berauchtem Brenngas kann durch irgendeinen geeigneten volumetrischen Strömungsmesser 4 bestimmt werden.
Zum Beispiel kann ein Membranzähler, wie in 3 dargestellt, verwendet werden, der insbesondere für die Verwendung bei häuslichen Niederdruckversorgungen geeignet ist. Der dargestellte Zähler hat einen Einlaß 40, einen Auslaß 41 und vier untereinander verbundene Kammern, A, B, C, D, von denen zwei, B und C, von einem Balg 42 umschlossen sind. Der Zugang der Kammern wird durch untereinander verbundene Schieberventile 44, 45 gesteuert.
Wie in 3(a) dargestellt, tritt bei in einer ersten Stellung befindlichen, untereinander verbundenen Ventilen 44, 45 Brenngas vom Einlaß 40 in eine obere Kammer 43 ein und gelangt über eine Leitung 46 in die Kammer B, welche sich ausdehnt. In dem Maße, wie die Kammer B expandiert, wird die Kammer A entsprechend zusammengezogen, so daß sie Brenngas zum Auslaß 41 über eine Leitung 47 und das Schiebeventil 45 ausstößt. Mittlerweile sind die Leitungen 48, 49 zu den Kammern C bzw. D durch das Schieberventil 44 blockiert. Wenn die Kammer B des Balges 42 expandiert, dann bewegt sie die miteinander verbundenen Ventile 44, 45 entweder direkt oder indirekt, beispielsweise über eine mechanische Verbindung, in die in 3(b) dargestellte Stellung.
In dieser Position sind die Leitungen 46 und 47 durch das Schieberventil 45 blockiert, und Brenngas gelangt aus der Kammer 43 über die Leitung 48 in die Kammer C, die sich ausdehnt. In dem Maße, wie sich die Kammer C ausdehnt, wird die Kammer D entsprechend zusammengezogen, so daß sie Brenngas zum Auslaß 41 über die Leitung 49 und das Schieberventil 44 verdrängt. Wenn sich die Kammer C ausdehnt, werden die miteinander verbundenen Schieberventile 44, 45 in die in 3(c) dargestellte Position bewegt, in der die Leitungen 48, 49 durch das Schieberventil 44 blockiert sind.
In dieser Stellung gelangt Brenngas aus der oberen Kammer 43 über die Leitung 47 zur Kammer A, die sich ausdehnt. In dem Maße, wie sich die Kammer A ausdehnt, wird die Kammer B entsprechend zusammengezogen, so daß sie Brenngas zum Auslaß 41 über die Leitung 46 und das Schiebeventil 45 verdrängt. Wenn sich die Kammer B zusammenzieht, dann bewegen sich die miteinander verbundenen Schieberventile 44, 45 in die in 3(d) dargestellte Stellung.
In dieser Stellung sind die Leitungen 46, 47 blockiert, und Brenngas gelangt aus der Kammer 43 zur Kammer D über die Leitung 49. Sowie die Kammer D sich ausdehnt, wird die Kammer C entsprechend zusammengezogen, so daß sie Brenngas zum Auslaß 41 über die Leitung 48 und das Schieberventil 44 verdrängt. Wenn sich die Kammer D ausdehnt, werden die miteinander verbundenen Schieberventile 44, 45 in die in 3(a) dargestellte Position bewegt, und der Vorgang wird wiederholt.
Die Bewegungsgeschwindigkeit des Schieberventil-Mechanismus 44, 45 ist kennzeichnend für die Durchflußmenge von Gas und zeigt somit das verbrauchte Gasvolumen an. Der Schieberventil-Mechanismus ist mit einem Zähler verbunden, der die durch den Ventilmechanismus 44, 45 ausgeführte Anzahl von Zyklen registriert und so die Verbrauchsrate und das verbrauchte Gasvolumen ermittelt. Der Zähler ist vorzugsweise elektronisch und sendet ein elektrisches Signal entsprechend dem verbrauchten Gasvolumen an die Steuereinrichtung 5.
Ein anderer allgemein verwendeter Zähler, der zur Ermittlung des verbrauchten Gasvolumens bei der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist ein Ultraschallzähler, wie er im UK-Patent GB 2259571 beschrieben ist.
Jedes andere geeignete Verfahren zum Ermitteln des verbrauchten Gasvolumens kann verwendet werden, wie beispielsweise eine Lochplatte, ein Venturi-Zähler, ein Dreh- oder Umlauf-Gaszähler, ein Turbinenzähler etc., wie in der Technik allgemein bekannt und wie es gerade für besondere Umstände paßt, wie z. B. industrielle Verwendung, häusliche Verwendung etc. Bei der häuslichen Versorgung würde allgemein ein Membranzähler eingesetzt werden, wie er mit Bezug auf 3 beschrieben ist. Industrielle Verwender mit relativ geringem Volumen würden allgemein den Membranzähler einer großen Ausführung einsetzen, größere industrielle Verwender (95 m³/h) können einen Umlaufzähler und noch größere Verwender (250 m³/h) einen Turbinenzähler einsetzen.
Die Steuereinrichtung 5, die eine Verarbeitungseinrichtung wie ein Mikroprozessor oder ein Computer oder eine geeignete elektronische Schaltung sein kann, empfängt Signale, die für die Versorgungsrate oder das verbrauchte Brenngasvolumen bezeichnend sind, zusammen mit Signalen, die das CV des zugeführten Gases bezeichnen. Die Steuereinrichtung 5 kann in der Steuereinrichtung 27 der Vorrichtung 3 zum Messen des CV des Gases enthalten oder dieser zugeordnet sein, oder die Steuereinrichtungen 5, 27 können voneinander getrennt sein. Die Steuereinrichtung 5 kann entfernt von der CV-Meßvorrichtung 3 und vom volumetrischen Durchflußmesser 4 vorgesehen sein, wie beispielsweise an der Abrechnungsabteilung des Lieferanten.
Die Steuereinrichtung 5 kann mit einer Anzeige- und/oder Aufzeichnungseinrichtung verbunden sein, von denen jede oder beide im, am oder dicht beim Zähler und/oder entfernt von diesem, wie beispielsweise bei der Abrechnungsabteilung der Gasverteilungsgesellschaft, sein kann.
Die Steuereinrichtung 5 ist so eingerichtet, daß sie die gelieferte Energie bestimmt unter Anwendung der Gleichung
gelieferte Energie = kAB,
worin k eine Konstante, A das gelieferte Gasvolumen in einer bestimmten Zeitspanne und B der durchschnittliche Wärmewert während dieser Zeitspanne ist.
Die besondere Zeitspanne kann jede geeignete Zeitspanne, abhängig von der Änderungsrate von A und B, sein.
Wenn A in Einheiten von m³ und B in Einheiten von MJ/m³ gemessen wird, dann wird die gelieferte Energie in Einheiten von MJ gemessen. k ist dimensionslos und ist ein Volumen-Korrekturfaktor, um die volumetrische Ablesung auf metrische Standardkonditionen (MSC) von 15°C und 1013,25 mbar zu bringen, und ist abhängig von der Umgebungstemperatur und dem Druck, die durch die Höhe über Normalnull beeinträchtigt werden können.
k wird errechnet unter Verwendung des Ausdrucks:

wobei P der Druck in mbar und T ist die Temperatur in Kelvin ist,
wobei

und

ist.
Wenn zum Beispiel der Zählerlieferdruck 21 mbar und die Höhenkorrektur 7,99 mbar (für eine angenommene Meereshöhe von 66 m und eine Temperatur von 12,2°C) wäre, dann würde P_aktuell/P_korrigiert 1,01284 sein, und wenn die Durchschnittstemper 12,2°C ist, dann würde T_korrigiert/T_aktuell 1,00981 sein. k würde dann 1,01284 × 1,00981 = 1,02278 sein.
Wenn auch die Erfindung mit Bezug auf ein besonderes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, so liegen dennoch viele Abänderungen innerhalb des beanspruchten Schutzbereiches der Erfindung. Zum Beispiel kann jedes Verfahren oder Gerät zum Messen der Schallgeschwindigkeit verwendet werden, und jedes Verfahren oder Gerät kann eingesetzt werden, um das gelieferte Gasvolumen zu messen.

Claims

Energiemesser zum Messen einer in Form eines Gases gelieferten Energiemenge, mit Mitteln zum Messen eines gelieferten Gasvolumens; einer Vorrichtung zum Bestimmen des Wärmewertes des gelieferten Gases, einschließlich Mittel zum Messen der Schallgeschwindigkeit im Gas und Mittel zur Verwendung der Schallgeschwindigkeit in einem Vorgang, der den Wärmewert des Gases entsprechend der Schallgeschwindigkeit erzeugt; und mit Mitteln zum Berechnen eines Energiewertes entsprechend dem Volumen des gelieferten Gases und dem gemessenen wärmewert, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Bestimmen des Wärmewertes des Gases Mittel zum Messen einer ersten Wärmeleitfähigkeit des Gases bei einer ersten Temperatur, Mittel zum Messen einer zweiten Wärmeleitfähigkeit des Gases bei einer zweiten Temperatur, die von der ersten Temperatur abweicht, und wobei die Mittel, die den Wärmewert des Gases erzeugen, die erste und die zweite Wärmeleitfähigkeit zusätzlich zur Schallgeschwindigkeit bei dem Vorgang verwenden, der den Wärmewert des Gases entsprechend der Schallgeschwindigkeit und der ersten und der zweiten Wärmeleitfähigkeit erzeugt.
Energiemesser nach Anspruch 1 mit Mitteln zum Messen der Umgebungstemperatur des Gases, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Bestimmen des Wärmewertes des Gases so gestaltet sind, daß sie die Formel CV = a·ThC_H + b·THC_L + c·SoS + d·T_a + e·Ta² + f verwendet, worin CV der Wärmewert des Gases ist; worin ThC_H die erste Wärmeleitfähigkeit des Gases bei der ersten Temperatur ist; worin THC_L die zweite Wärmeleitfähigkeit des Gases bei der zweiten Temperatur ist, die geringer ist als die erste Temperatur; worin SoS die Schallgeschwindigkeit im Gas bei Umgebungstemperatur ist; und worin T_a die Umgebungstemperatur des Gases ist, von dem die Wärmeleitfähigkeiten gemessen werden, wobei die erste und die zweite Temperatur höher als die Umgebungstemperatur sind, und a, b, c, d, e und f Konstanten sind.
Energiemesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Messen des gelieferten Gasvolumens aus einem Membran-Gaszähler bestehen.
Energiemesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Messen des gelieferten Gasvolumens aus einem Ultraschall-Gaszähler bestehen.
Energiemesser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Messen der Schallgeschwindigkeit im Gas ein Resonator ist, der so eingerichtet ist, daß er Proben des gelieferten Gases enthält, wobei der Resonator ein akustisches Signal über einen seinem Inneren zugeführten Bereich von Frequenzen hat, wenn er Proben des gelieferten Gases enthält, und mit Mitteln zum Feststellen der Stärke des akustischen Signals innerhalb des Resonators bei jeder zugeführten Frequenz und zum Bestimmten der Schallgeschwindigkeit des Gases aus der Resonanzfrequenz.
Verfahren zum Messen einer Energiemenge, mit folgenden Verfahrensschritten: Messen eines gelieferten Gasvolumens; Bestimmen eines Wärmewertes des gelieferten Gases, einschließlich der Messung der Schallgeschwindigkeit im Gas und Verwendung der Schallgeschwindigkeit in einem Vorgang, der den Wärmewert entsprechend dieser Schallgeschwindigkeit des Gases erzeugt, und Errechnen eines Energiewertes entsprechend dem gemessenen Volumen des gelieferten Gases und dem gemessenen Wärmewert, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Wärmewertes des Gases ferner das Messen einer ersten Wärmeleitfähigkeit des Gases bei einer ersten Temperatur, das Messen einer zweiten Wärmeleitfähigkeit des Gases bei einer zweiten Temperatur, die von der ersten Temperatur abweicht, und das Erzeugen des Wärmewertes des Gases unter Verwendung der ersten und zweiten Wärmeleitfähigkeit zusätzlich zur Schallgeschwindigkeit in einem Vorgang einschließt, der den Wärmewert des Gases entsprechend der Schallgeschwindigkeit und der ersten und zweiten Wärmeleitfähigkeit erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es das Messen der Umgebungstemperatur des Gases und die Bestimmung des Wärmewertes des Gases unter Verwendung der Formel einschließt: CV = a·ThCH + b·THCL + c·SoS + d·Ta + e·Ta2 + f, worin CV der Wärmewert des Gases ist; worin ThC_H die erste Wärmeleitfähigkeit des Gases bei der ersten Temperatur ist; worin THC_L die zweite Wärmeleitfähigkeit des Gases bei der zweiten Temperatur ist, die geringer ist als die erste Temperatur; worin SoS die Schallgeschwindigkeit im Gas bei Umgebungstemperatur ist; und worin T_a die Umgebungstemperatur des Gases ist, von dem die Wärmeleitfähigkeiten gemessen werden, wobei die erste und die zweite Temperatur höher als die Umgebungstemperatur sind, und a, b, c, d, e und f Konstanten sind.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß SoS die Schallgeschwindigkeit in m/s ist, die Wärmeleitfähigkeiten Einheiten von Watt/Meter × Grad Kelvin (w/m·k) sind, die Temperatur T_a und die erste und zweite Temperatur in Grad Celsius sind, und der Wärmewert in Megajoul/Standard-Kubikmeter (MJ/m³ _st) vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene Energiemenge der Energiewert eines Brenngases ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Brenngas Erdgas ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas zumindest ein Kohlenwasserstoffgas, das Methan ist, und mindestens eines, nämlich Stickstoff und/oder Kohlendioxid, aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Temperatur im wesentlichen 70°C über Umgebungstemperatur ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Temperatur im wesentlichen 50°C über Umgebungstemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder einem der Ansprüche 11 bis 13, wenn abhängig von Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß: a im wesentlichen 36,25649 ist, b im wesentlichen –45,5768 ist, c im wesentlichen 0,047029 ist, d im wesentlichen 0,091067 ist, e im wesentlichen 0,00074 ist und f im wesentlichen 24,18731 ist.