JP5557745B2 - 炭化水素燃料の発熱量および相対密度を決定するための方法ならびに装置 - Google Patents
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Description
WI=HV/√RD
燃料の化学量論的酸化モル流量比を測定するステップと、
測定された化学量論的酸化モル流量比から理想的モル発熱量(HVm,i)を決定するステップと、
第1の炭化水素のモル濃度を測定するステップと、
理想的モル発熱量(HVm,i)および第1の炭化水素のモル濃度から実質モル発熱量(HVm,r)を決定するステップと
を備える、方法を提供する。
天然ガス、生物ガス、CNG、およびSNG(メタン)
LPG(プロパンまたはブタン)
液体燃料(高級アルカン、通常は、オクタン)。
1.燃料内の第1の炭化水素の化学量論的酸化流量および濃度を測定する;
2.上述および図2に示されるように、測定される燃料範囲のHVm,iと化学量論的酸化モル流量比との間の相関係数R2を決定する;
3.測定される燃料の理想的モル密度(Dm,i)を測定する;
4.測定される燃料範囲の理想的モル密度(Dm,i)と化学量論的酸化モル流量比との間の相関係数R2を決定する;
5.固定値として、測定された第1の炭化水素の濃度によって、測定の必要がある燃料の開始組成を定義する;
6.周知の方法(例えば、ISO6976またはGPA2172に定義されるもの)を使用して、HVm,iおよびDm,iを計算する;
7.順に、わずかな増加によって、開始組成内の各成分の濃度を変動させ、新組成を提供する;
8.周知の方法を使用して、新組成のHVm,iおよびDm,iを計算する;
9.計算されたHVm,iおよびDm,iの値をそれぞれに対して相関係数R2を使用する化学量論的酸化モル流量比との相関曲線から導出されたものと比較する;
10.組成を使用して計算されたものと相関係数R2を使用して決定されたものとのHVm,iの値の差異が、0.01%未満である場合、その組成を使用して、燃料の圧縮率を計算する。そうではない場合、ステップ7から9を繰り返す;
11.相関係数R2を使用して化学量論的酸化モル流量比から得られた最終組成のHVm,iの値を圧縮率で除算することによって、HVm,rを計算する。
燃料の化学量論的酸化モル流量比を測定するための手段と、
測定された化学量論的酸化モル流量比から理想的モル発熱量(HVm,i)を決定するための手段と、
第1の炭化水素のモル濃度を測定するための手段と、
理想的モル発熱量(HVm,i)および第1の炭化水素のモル濃度から実質モル発熱量(HVm,r)を決定するための手段と
を備える、装置を提供する。
燃料の実質発熱量を決定するステップと、
燃料の音速を測定するステップと、
燃料内の二酸化炭素の濃度を測定するステップと、
実質発熱量、音速、および二酸化炭素の濃度から、燃料の相対密度を決定するステップと
を備える、方法を提供する。
i.上述のように、燃料の実質モル発熱量Hm,rを測定する。
ii.燃料の実質モル音速VOSm,rを測定する。
iii.固定値として、第1の炭化水素および二酸化炭素の測定濃度によって、測定の必要のある燃料の開始組成を定義する。
iv.開始組成のVOSm,rを計算する。
v.VOSm,rの計算値を実際に測定された値と比較する。
vi.わずかな増加によって、開始組成内の各成分の濃度を変動させ、新組成を提供する。
vii.新組成のVOSm,rを計算する。
viii.組成に対して計算されたものと、測定されたもののVOSm,rの値の間の差異が、0.002未満となるまで、ステップ5から7を繰り返す。
ix.最終組成を使用して、実質モル相対密度RDm,rを計算する。
燃料の実質発熱量を決定するための手段と、
燃料内の音速を測定するための手段と、
燃料内の二酸化炭素の濃度を測定するための手段と、
実質発熱量、音速、および二酸化炭素の濃度から、燃料の相対密度を決定するための手段と
を備える、装置を提供する。
燃料の化学量論的酸化モル流量比を測定するステップと、
測定された化学量論的酸化モル流量比から理想的モル発熱量(HVm,i)を決定するステップと、
第1の炭化水素のモル濃度を測定するステップと、
理想的モル発熱量(HVm,i)および第1の炭化水素のモル濃度から実質モル発熱量(HVm,r)を決定するステップと
によって、燃料の発熱量を決定するステップと、
燃料の実質発熱量を決定するステップと、
燃料内の音速を測定するステップと、
燃料内の二酸化炭素の濃度を測定するステップと、
実質発熱量(HVm,r)、音速、および二酸化炭素の濃度から燃料の相対密度を決定するステップと
によって、燃料の相対密度を決定するステップと、
実質発熱量(HVm,r)および相対密度からウォッベ指数を計算するステップと
を備える、方法を提供する。
燃料の化学量論的酸化モル流量比を測定するための手段と、
測定された化学量論的酸化モル流量比から理想的モル発熱量(HVm,i)を決定するための手段と、
第1の炭化水素のモル濃度を測定するための手段と、
理想的モル発熱量(HVm,i)および第1の炭化水素のモル濃度から実質モル発熱量(HVm,r)を決定するための手段と
を備える、燃料の発熱量を決定するための手段と、
燃料の実質発熱量を決定するための手段と、
燃料内の音速を測定するための手段と、
燃料内の二酸化炭素の濃度を測定するための手段と、
実質発熱量(HVm,r)、音速、および二酸化炭素の濃度から燃料の相対密度を決定するための手段と
を備える、燃料の相対密度を決定するための手段と、
実質発熱量(HVm,r)および相対密度からウォッベ指数を計算するための手段と
を備える、装置を提供する。
酸化反応炉としての役割を果たす空洞と、
入口から空洞までの燃料の通過のための導管と、
入口から空洞までの酸素(または、空気)の通過のための導管と、
を有して形成される、不活性材料の基板を備える、装置を提供する。
酸素(または、空気)によって、燃料の酸化を導くための反応炉を提供するステップと、
酸素(または、空気)を反応炉に供給するステップと、
燃料を反応炉に供給するステップと、
反応炉への燃料および酸素(または、空気)のうちの一方の流量を一定に維持するステップと、
反応される燃料および酸素(または、空気)のモル比を変動させるために、反応炉への燃料および酸素(または、空気)のうちの他方の流量を変動させるステップと、
あるモル比の範囲にわたって、酸化反応の温度あるいは燃焼空洞の出口における酸素(または、空気)濃度を測定するステップと、
ピーク温度あるいは燃焼空洞の出口における酸素(または、空気)濃度から、化学量論的酸化率を決定するステップと
を備える、方法を提供する。
燃料のための第1の入口と、
酸素(または、空気)のための第2の入口と、
反応流体のための出口と、
複数の反応炉アセンブリであって、各反応炉アセンブリは、
空洞と、
空洞と空洞への燃料の通過のための第1の入口との間に延在する第1の導管と、
空洞と空洞への酸素(または、空気)の通過のための第2の入口との間に延在する第2の導管と、
空洞と出口との間に延在する出口導管と、
酸化空洞内で反応する流体の温度を測定するための温度センサ、あるいは酸化空洞の出口における酸素(または、空気)濃度を測定するためのセンサと
を備える、反応アセンブリと
を有して形成される、不活性材料の基板を備え、
各反応炉アセンブリは、異なる所定のモル比において、空洞へ燃料および酸素(または、空気)を提供するように配列される、装置を提供する。
複数の反応炉アセンブリを提供するステップであって、各反応アセンブリは、
酸化空洞と、
空洞への燃料の通過のための第1の導管と、
空洞への酸素(または、空気)の通過のための第2の導管と
を備え、各反応炉アセンブリは、異なる所定のモル比において、空洞へ燃料および酸素(または、空気)を提供するように配列される、ステップと、
各反応炉アセンブリの第1の導管へ燃料を供給するステップと、
各反応炉アセンブリの第2の導管へ酸素(または、空気)を供給するステップと、
内部オリフィスによって、各導管内の流体のモル流量を制御するステップと、
燃料の酸化を各空洞内で生じさせるステップと、
各空洞内の酸化の温度あるいは空洞の出口における酸素(または、空気)濃度を測定するステップと、
測定された温度および所定のモル流量比から化学量論的酸化モル流量比を決定するステップと
を備える、方法を提供する。
図8aを参照すると、燃料/酸素(または、空気)混合物の酸化温度を測定するための装置(概して、2として示される)の実施例が示される。装置2は、シリコンまたはガラスのチップの形態であって、ベース4と、カバー6とを備え、その詳細は、それぞれ、図8bおよび8cに示される。
燃料ガスのHVrealおよびRDrealの決定は、以下のように、本発明の方法を使用して実行される。
初期ガス燃料組成から開始し、本組成から計算されるHVm,i(モル理想的HV)が、相関曲線(HVcorr=455.152*Φ+0.0654)から計算されるHVm,iに収束するように、上述のアルゴリズムを使用する反復が、異なる成分のそれぞれの組成を徐々に変化させるように行なわれた。反復は、以下のように、ΔHVm,iおよびΔDm,iに対するある制限によって誘導される。
1.初期組成ψ0から開始し、2(N−2)組成が、ガス内の成分の数N(天然ガスの場合、9)とともに、反復ステップ毎に提案される。各組成は、1成分のみの濃度だけ互いに異なり、±(Δ*Ci,j)に等しい(Δは、あるステップ値であって、Ci,jは、仮定組成jの成分iの濃度である)。
2.各組成に対して、ΔHVm,iおよびΔDm,iが、ISO6976またはGPA2172(あるいは、基礎条件において、燃料組成から発熱量、密度、および圧縮率を計算するための任意の別の規格)に従って、計算される。上限を超える組成は、次のステップに考慮されない。
3.新組成ψHは、2(N−2)仮定組成のΔHVm,iの最小値によって、定義される。ここから、2(N−2)新組成が、ステップ1で記載された同一方法で生成され、ψHは、新初期組成として使用される。
4.本プロセスは、ΔHVm,i<0.01となるまで、繰り返される。
5.このように定義された組成から、基礎条件Zbaseにおける圧縮率が、ISO6976またはGPA2172(あるいは、基礎条件において、燃料組成から発熱量、密度、および圧縮率を計算するための別の規格)の方法を使用して決定される。
6.次いで、ガスの実質モル発熱量は、以下によって定義される。
HVm,r=HVm,i/Zbase
その結果、HVrealは、42.215MJ/m3であると決定された。
前のステップにおいて計算された最終ガス組成から開始し、本組成から計算されるVOSm,r(実質モル音速)が、測定されたVOSm,r値に収束するように、異なる成分の組成を徐々に変化させる反復が適用される。反復は、ΔHVm,rおよびΔDm,rに対するある制限によって誘導される。
1.アルゴリズム1によって計算されたガス組成ψ0から開始し、2(N−3)組成が、反復ステップ毎に提案される。各組成は、1成分のみの濃度だけ互いに異なり、±(Δ*Ci,j)に等しい(「Δ」は、あるステップ値であって、Ci,jは、仮定組成jの成分iの濃度である)。
2.各組成に対して、ΔHVm,rおよびΔDm,rが、AGA−8(あるいは、圧力および温度の規定設定において、燃料組成から実質発熱量、密度、および圧縮率を計算するための任意の別の規格、例えば、ISO6976またはGPA2172)によって定義される状態方程式を使用して、計算される。上限を超える組成は、次のステップに考慮されない。
3.新組成ψHは、2(N−3)仮定組成のΔVOSm,rの最小値によって、定義される。ここから、2(N−3)新組成が、ステップ1で記載された同一方法で生成され、ψHは、新初期組成として使用される。
4.本プロセスは、ΔVOSm,r<0.002となるまで、繰り返される。
5.次いで、炭化水素燃料の実質モル相対密度は、以下、または圧力および温度の規定設定において、燃料組成から実質相対密度を計算するための任意の別の規格によって定義される。
RDm,r=AGA8(ψH)
結果として、RDm,rは、0.6711であると決定された。
本発明の好ましい実施形態によれば、例えば、以下が提供される。
(項1)
燃料の発熱量を決定するための方法であって、該燃料は、最高モル濃度で存在する第1の炭化水素を含む、少なくとも1つの炭化水素を含み、該方法は、
該燃料の化学量論的酸化モル流量比を測定することと、
該測定された化学量論的酸化モル流量比から理想的モル発熱量(HV m,i )を決定することと、
該第1の炭化水素のモル濃度を測定することと、
該理想的モル発熱量(HV m,i )および該第1の炭化水素の該モル濃度から実質モル発熱量(HV m,r )を決定することと
を含む、方法。
(項2)
前記燃料は、常態で気体の燃料である、上記項1に記載の方法。
(項3)
前記気体燃料は、一般的天然ガス、精製ガス、処理済み天然ガス、合成天然ガス、または生物ガスである、上記項2に記載の方法。
(項4)
前記燃料は、液体燃料である、上記項1に記載の方法。
(項5)
前記液体燃料は、軽質原油留分(A級)である、上記項4に記載の方法。
(項6)
前記液体燃料は、液化石油ガス(LPG)、ガソリン、ディーゼル、灯油、ジェット燃料、または加熱用オイルである、上記項5に記載の方法。
(項7)
前記第1の炭化水素は、メタンである、上記項1から6のいずれか一項に記載の方法。
(項8)
前記第1の炭化水素は、高級炭化水素である、上記項1から6のいずれか一項に記載の方法。
(項9)
前記第1の炭化水素は、プロパンまたはブタンである、上記項8に記載の方法。
(項10)
前記燃料は、2つ以上の炭化水素を含む、上記項1から9のいずれか一項に記載の方法。
(項11)
前記燃料の前記化学量論的酸化モル流量比は、該燃料の燃焼のピーク温度を測定することによって決定される、上記項1から10のいずれか一項に記載の方法。
(項12)
前記燃料の前記化学量論的酸化モル流量比は、燃焼後の該燃料ガスの酸素または空気濃度の測定によって決定される、上記項1から10のいずれか一項に記載の方法。
(項13)
前記理想的モル発熱量(HV m,i )は、図2aに表される関係を使用して、前記測定された化学量論的酸化モル流量比から決定される、上記項1から12のいずれか一項に記載の方法。
(項14)
前記第1の炭化水素の前記モル濃度は、非分散型赤外線(NDIR)、ガスクロマトグラフィ、または質量分析を使用して、決定される、上記項1から13のいずれか一項に記載の方法。
(項15)
前記第1の炭化水素の前記モル濃度は、フルスケールの少なくとも+/−2%の精度で、より好ましくは、フルスケールの+/−1%を超える精度で決定される、上記項1から14のいずれか一項に記載の方法。
(項16)
前記実質モル発熱量(HV m,r )は、
i.前記理想的モル発熱量(HV m,i )と測定される燃料範囲の前記化学量論的酸化モル流量比との間の相関係数R 2 を決定するステップと、
ii.測定される燃料の理想的モル密度(D m,i )を測定するステップと、
iii.該理想的モル密度(D m,i )と測定される燃料範囲の該化学量論的酸化モル流量比との間の相関係数R 2 を決定するステップと、
iv.固定値として、前記第1の炭化水素の前記測定濃度を伴う、測定が必要とされる該燃料の開始組成を定義するステップと、
v.該HV m,i およびD m,i を計算するステップと、
vi.次に、新組成を提供するために、わずかな増加によって、該開始組成内の各成分の濃度を変動させるステップと、
vii.該新組成の該HV m,i およびD m,i を計算するステップと、
viii.該計算されたHV m,i およびD m,i の値を、各々に対する相関係数R 2 を使用して、該化学量論的酸化モル流量比との相関から導出される値と比較するステップと、
ix.該HV m,i の値に関して、該組成を使用して計算された値と該相関係数R 2 を使用して決定された値との間の差異が、0.01%未満である場合、該燃料の圧縮率を計算するために該組成を使用し、そうではない場合、viからviiiを繰り返すステップと、
x.該相関係数R 2 を使用して該化学量論的酸化モル流量比から得られる最終組成に対する該HV m,i の値を該圧縮率で除算することによって、HV m,r を計算するステップと
に従って、該HV m,i および該第1の炭化水素の該モル濃度から決定される、上記項1から15のいずれか一項に記載の方法。
(項17)
燃料の発熱量を決定するための装置であって、該燃料は、最高モル濃度で存在する第1の炭化水素を含む、少なくとも1つの炭化水素を含み、該装置は、
該燃料の化学量論的酸化モル流量比を測定する手段と、
該測定された化学量論的酸化モル流量比から理想的モル発熱量(HV m,i )を決定する手段と、
該第1の炭化水素のモル濃度を測定する手段と、
該理想的モル発熱量(HV m,i )および該第1の炭化水素のモル濃度から実質モル発熱量(HV m,r )を決定する手段と
を含む、装置。
(項18)
少なくとも1つの炭化水素成分を含む燃料の相対密度を決定する方法であって、該方法は、
該燃料の実質発熱量を決定することと、
該燃料の音速を測定することと、
該燃料内の二酸化炭素濃度を測定することと、
該実質発熱量、該音速、および該二酸化炭素濃度から、該燃料の相対密度を決定することと
を含む、方法。
(項19)
前記燃料は、常態で気体の燃料である、上記項18に記載の方法。
(項20)
前記気体燃料は、一般的天然ガス、精製ガス、処理済み天然ガス、合成天然ガス、または生物ガスである、上記項19に記載の方法。
(項21)
前記燃料は、液体燃料である、上記項18に記載の方法。
(項22)
前記液体燃料は、軽質原油留分(A級)である、上記項21に記載の方法。
(項23)
前記液体燃料は、液化石油ガス(LPG)、ガソリン、ディーゼル、灯油、ジェット燃料、または加熱用オイルである、上記項22に記載の方法。
(項24)
前記第1の炭化水素は、メタンである、上記項18から23のいずれか一項に記載の方法。
(項25)
前記第1の炭化水素は、高級炭化水素である、上記項18から23のいずれか一項に記載の方法。
(項26)
前記第1の炭化水素は、プロパンまたはブタンである、上記項25に記載の方法。
(項27)
前記燃料は、2つ以上の炭化水素を含む、上記項1から26のいずれか一項に記載の方法。
(項28)
前記実質発熱量は、上記項1から16のいずれか一項の中で上記される方法によって、決定される、上記項18から26のいずれか一項に記載の方法。
(項29)
前記音速は、音速ノズルの喉部内で測定される、上記項18から28のいずれか一項に記載の方法。
(項30)
前記音速は、状態方程式を使用して計算される、上記項18から28のいずれか一項に記載の方法。
(項31)
前記二酸化炭素濃度は、非分散型赤外線(NDIR)またはガスクロマトグラフィを使用して決定される、上記項18から30のいずれか一項に記載の方法。
(項32)
i.固定値として、前記第1の炭化水素および二酸化炭素の前記測定濃度を伴う、測定が必要とされる燃料の開始組成を定義するステップと、
ii.該開始組成のVOS m,r を計算するステップと、
iii.該計算されたVOS m,r の値を前記実際に測定された値と比較するステップと、
iv.新組成を提供するために、わずかな増加によって、該開始組成内の各成分の濃度を変動させるステップと、
v.該新組成のVOS m,r を計算するステップと、
vi.該組成に対して計算されたVOS m,r の値と測定されたVOS m,r の値の間の差異が、0.002未満となるまで、iiiからvを繰り返すステップと、
vii.最終組成を使用して、前記実質モル相対密度RD m,r を計算するステップと
が適用される、上記項18から31のいずれか一項に記載の方法。
(項33)
少なくとも1つの炭化水素成分を含む燃料の相対密度を決定する装置であって、該装置は、
該燃料の実質発熱量を決定する手段と、
該燃料内の音速を測定する手段と、
該燃料内の二酸化炭素濃度を測定する手段と、
該実質発熱量、該音速、および該二酸化炭素濃度から、該燃料の相対密度を決定する手段と
を含む、装置。
(項34)
燃料のウォッベ指数を決定するための方法であって、該燃料は、最高モル濃度で存在する第1の炭化水素を含む、少なくとも1つの炭化水素を含み、該方法は、
該燃料の化学量論的酸化モル流量比を測定することと、
該測定された化学量論的酸化モル流量比から理想的モル発熱量(HV m,i )を決定することと、
該第1の炭化水素のモル濃度を測定することと、
該理想的モル発熱量(HV m,i )および該第1の炭化水素の該モル濃度から実質モル発熱量(HV m,r )を決定することと
によって、該燃料の発熱量を決定することと、
該燃料の実質発熱量を決定することと、
該燃料内の音速を測定することと、
該燃料内の二酸化炭素濃度を測定することと、
該実質発熱量(HV m,r )、該音速、および該二酸化炭素濃度から該燃料の相対密度を決定することと
によって、該燃料の相対密度を決定することと、
該実質発熱量(HV m,r )および該相対密度から該ウォッベ指数を計算することと
を含む、方法。
(項35)
燃料のウォッベ指数を決定するための装置であって、該燃料は、最高モル濃度で存在する第1の炭化水素を含む、少なくとも1つの炭化水素を含み、該装置は、
該燃料の化学量論的酸化モル流量比を測定する手段と、
該測定された化学量論的酸化モル流量比から理想的モル発熱量(HV m,i )を決定する手段と、
該第1の炭化水素のモル濃度を測定する手段と、
該理想的モル発熱量(HV m,i )および該第1の炭化水素のモル濃度から実質モル発熱量(HV m,r )を決定する手段と
を含む、該燃料の発熱量を決定する手段と、
該燃料の実質発熱量を決定する手段と、
該燃料内の音速を測定する手段と、
該燃料内の二酸化炭素濃度を測定する手段と、
該実質発熱量(HV m,r )、該音速、および該二酸化炭素濃度から該燃料の相対密度を決定する手段と
を含む、該燃料の相対密度を決定するための手段と、
該実質発熱量(HV m,r )および該相対密度から該ウォッベ指数を計算する手段と
を含む、装置。
(項36)
炭化水素燃料のための酸素(または、空気)/燃料の化学量論的モル比を決定する装置であって、該装置は、
酸化反応炉としての役割を果たす空洞と、
入口から該空洞までの該燃料の通過のための導管と、
入口から該空洞までの酸素(または、空気)の通過のための導管と
を有して形成される、不活性材料の基板を備える、装置
(項37)
前記装置は、MEMSデバイスである、上記項36に記載の装置。
(項38)
前記空洞への入口に配置される混合器をさらに備える、上記項36または37に記載の装置。
(項39)
前記空洞は、空である、上記項36から38のいずれか一項に記載の装置。
(項40)
前記空洞は、触媒組成を含有する、上記項36から38のいずれか一項に記載の装置。
(項41)
前記不活性基板は、シリコンまたはガラスである、上記項36から40のいずれか一項に記載の装置。
(項42)
前記空洞は、1ml未満、好ましくは、500μl未満、より好ましくは、約1μl以下の容積を有する、上記項36から41のいずれか一項に記載の装置。
(項43)
前記空洞の内部の温度を測定するために、前記基板内または該基板上に形成される温度センサをさらに備える、上記項36から41のいずれか一項に記載の装置。
(項44)
前記導管内の流体を予熱するための1つ以上のヒータをさらに備える、上記項36から42のいずれか一項に記載の装置。
(項45)
前記導管を通る流体流量を変動させるための手段をさらに備える、上記項36から44のいずれか一項に記載の装置。
(項46)
各導管は、複数の導管チャネルを備え、所与の導管の該導管チャネルは、異なる断面積のオリフィス区画を有し、定圧条件下、該導管を通るある流体流量の範囲を提供する、上記項36から45のいずれか一項に記載の装置。
(項47)
各導管は、質量流量制御器が提供される、上記項36から45のいずれか一項に記載の装置
(項48)
燃料の化学量論的酸化率を決定するための方法であって、該方法は、
酸素(または、空気)によって、該燃料の酸化を実行するための反応炉を提供するステップと、
酸素(または、空気)を該反応炉に供給するステップと、
該燃料を該反応炉に供給するステップと、
該反応炉への該燃料および酸素(または、空気)のうちの一方の流量を一定に維持するステップと、
反応される該燃料および酸素(または、空気)のモル比を変動させるために、該反応炉への該燃料および酸素(または、空気)のうちの他方の流量を変動させるステップと、
あるモル比の範囲にわたって、酸化反応の温度あるいは燃焼空洞の出口における酸素(または、空気)濃度を測定するステップと、
ピーク温度あるいは該燃焼空洞の出口における酸素(または、空気)濃度から、該化学量論的酸化率を決定するステップと
を含む、方法。
(項49)
燃料の酸化のための化学量論的モル流量比を決定する装置であって、不活性材料の基板を備え、該基板は、
該燃料のための第1の入口と、
酸素(または、空気)のための第2の入口と、
反応した流体のための出口と、
複数の反応炉アセンブリであって、各反応アセンブリは、
空洞と、
該空洞と該空洞への該燃料の通過のための該第1の入口との間に延在する第1の導管と、
該空洞と該空洞への酸素(または、空気)の通過のための該第2の入口との間に延在する第2の導管と、
該空洞と該出口との間に延在する出口導管と、
該酸化空洞内で反応する流体の温度を測定する温度センサ、あるいは該酸化空洞の出口における酸素(または、空気)濃度を測定するセンサと
を備える、反応炉アセンブリと
を有して形成され、
各反応炉アセンブリは、異なる所定のモル比において、該空洞へ該燃料および酸素(または、空気)を提供するように配列される、装置。
(項50)
前記装置は、MEMSデバイスである、上記項49に記載の装置。
(項51)
少なくとも4、より好ましくは、少なくとも10の並列に配列される反応炉アセンブリを備える、上記項49または50に記載の装置。
(項52)
前記燃料内の第1の炭化水素の濃度を測定する手段をさらに備える、上記項49から51のいずれか一項に記載の装置。
(項53)
前記燃料内の音速を測定する手段をさらに備える、上記項49から52のいずれか一項に記載の装置。
(項54)
燃料の酸化のための化学量論的モル流量比を決定するための方法であって、該方法は、
複数の反応炉アセンブリを提供することであって、各反応アセンブリは、
酸化空洞と、
該空洞への該燃料の通過のための第1の導管と、
該空洞への酸素(または、空気)の通過のための第2の導管と
を備え、各反応炉アセンブリは、異なる所定のモル比において、該空洞へ該燃料および酸素(または、空気)を提供するように配列される、ことと、
各反応炉アセンブリの該第1の導管へ燃料を供給することと、
各反応炉アセンブリの該第2の導管へ酸素(または、空気)を供給することと、
内部オリフィスによって、各導管内の流体のモル流量を制御することと、
該燃料の酸化が各空洞内で生じることを可能にすることと、
各空洞内の酸化の温度あるいは該空洞の出口における酸素(または、空気)濃度を測定することと、
該測定された温度および該所定のモル流量比から化学量論的酸化モル流量比を決定することと
を含む、方法。
(項55)
少なくとも4つの並列反応炉アセンブリ、より好ましくは、少なくとも10の並列反応炉アセンブリを提供することを含む、上記項54に記載の方法。
(項56)
前記第1の炭化水素の濃度を測定することをさらに含む、上記項54または55に記載の方法。
(項57)
前記燃料内の音速を測定することをさらに含む、上記項54から56のいずれか一項に記載の方法。
Claims (21)
- 燃料の発熱量を決定するための方法であって、該燃料は、最高炭化水素モル濃度で存在する第1の炭化水素を含む、少なくとも1つの炭化水素を含み、該方法は、
該燃料の化学量論的酸化モル流量比を測定することと、
該測定された化学量論的酸化モル流量比から理想的モル発熱量(HVm,i)を決定することと、
該第1の炭化水素のモル濃度を測定することと、
該理想的モル発熱量(HVm,i)および該第1の炭化水素の該モル濃度から実質モル発熱量(HVm,r)を決定することと
を含む、方法。 - 前記燃料は、常態で気体の燃料である、請求項1に記載の方法。
- 前記気体燃料は、一般的天然ガス、精製ガス、処理済み天然ガス、合成天然ガス、または生物ガスである、請求項2に記載の方法。
- 前記燃料は、液体燃料である、請求項1に記載の方法。
- 前記液体燃料は、軽質原油留分(A級)である、請求項4に記載の方法。
- 前記液体燃料は、液化石油ガス(LPG)、ガソリン、ディーゼル、灯油、ジェット燃料、または加熱用オイルである、請求項5に記載の方法。
- 前記第1の炭化水素は、メタンである、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の炭化水素は、高級炭化水素である、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の炭化水素は、プロパンまたはブタンである、請求項8に記載の方法。
- 前記燃料は、2つ以上の炭化水素を含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記燃料の前記化学量論的酸化モル流量比は、該燃料の燃焼のピーク温度を測定することによって決定される、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記燃料の前記化学量論的酸化モル流量比は、燃焼後の該燃料ガスの酸素または空気濃度の測定によって決定される、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記理想的モル発熱量(HVm,i)は、図
に表される関係を使用して、前記測定された化学量論的酸化モル流量比から決定される、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。 - 前記第1の炭化水素の前記モル濃度は、非分散型赤外線(NDIR)、ガスクロマトグラフィ、または質量分析を使用して、決定される、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の炭化水素の前記モル濃度は、フルスケールの少なくとも+/−2%の精度で決定される、請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の炭化水素の前記モル濃度は、フルスケールの+/−1%を超える精度で決定される、請求項15に記載の方法。
- 前記実質モル発熱量(HVm,r)は、
i.前記理想的モル発熱量(HVm,i)と測定される燃料範囲の前記化学量論的酸化モル流量比との間の相関係数R2を決定するステップと、
ii.測定される燃料の理想的モル密度(Dm,i)を測定するステップと、
iii.該理想的モル密度(Dm,i)と測定される燃料範囲の該化学量論的酸化モル流量比との間の相関係数R2を決定するステップと、
iv.固定値として、前記第1の炭化水素の前記測定濃度を伴う、測定が必要とされる該燃料の開始組成を定義するステップと、
v.該HVm,iおよびDm,iを計算するステップと、
vi.次に、新組成を提供するために、わずかな増加によって、該開始組成内の各成分の濃度を変動させるステップと、
vii.該新組成の該HVm,iおよびDm,iを計算するステップと、
viii.該計算されたHVm,iおよびDm,iの値を、各々に対する相関係数R2を使用して、該化学量論的酸化モル流量比との相関から導出される値と比較するステップと、
ix.該HVm,iの値に関して、該組成を使用して計算された値と該相関係数R2を使用して決定された値との間の差異が、0.01%未満である場合、該燃料の圧縮率を計算するために該組成を使用し、そうではない場合、viからviiiを繰り返すステップと、
x.該相関係数R2を使用して該化学量論的酸化モル流量比から得られる最終組成に対する該HVm,iの値を該圧縮率で除算することによって、HVm,rを計算するステップと
に従って、該HVm,iおよび該第1の炭化水素の該モル濃度から決定される、請求項1から16のいずれか一項に記載の方法。 - 燃料の発熱量を決定するための装置であって、該燃料は、最高炭化水素モル濃度で存在する第1の炭化水素を含む、少なくとも1つの炭化水素を含み、該装置は、
該燃料の化学量論的酸化モル流量比を測定する手段と、
該測定された化学量論的酸化モル流量比から理想的モル発熱量(HVm,i)を決定する手段と、
該第1の炭化水素のモル濃度を測定する手段と、
該理想的モル発熱量(HVm,i)および該第1の炭化水素のモル濃度から実質モル発熱量(HVm,r)を決定する手段と
を含む、装置。 - 前記燃料は、2つ以上の炭化水素を含む、請求項1から17のいずれか一項に記載の方法。
- 燃料のウォッベ指数を決定するための方法であって、該燃料は、最高炭化水素モル濃度で存在する第1の炭化水素を含む、少なくとも1つの炭化水素を含み、該方法は、
該燃料の化学量論的酸化モル流量比を測定することと、
該測定された化学量論的酸化モル流量比から理想的モル発熱量(HVm,i)を決定することと、
該第1の炭化水素のモル濃度を測定することと、
該理想的モル発熱量(HVm,i)および該第1の炭化水素の該モル濃度から実質モル発熱量(HVm,r)を決定することと
によって、該燃料の発熱量を決定することと、
該燃料の実質発熱量を決定することと、
該燃料内の音速を測定することと、
該燃料内の二酸化炭素濃度を測定することと、
該実質発熱量(HVm,r)、該音速、および該二酸化炭素濃度から該燃料の相対密度を決定することと
によって、該燃料の相対密度を決定することと、
該実質発熱量(HVm,r)および該相対密度から該ウォッベ指数を計算することと
を含む、方法。 - 燃料のウォッベ指数を決定するための装置であって、該燃料は、最高炭化水素モル濃度で存在する第1の炭化水素を含む、少なくとも1つの炭化水素を含み、該装置は、
該燃料の化学量論的酸化モル流量比を測定する手段と、
該測定された化学量論的酸化モル流量比から理想的モル発熱量(HVm,i)を決定する手段と、
該第1の炭化水素のモル濃度を測定する手段と、
該理想的モル発熱量(HVm,i)および該第1の炭化水素のモル濃度から実質モル発熱量(HVm,r)を決定する手段と
を含む、該燃料の発熱量を決定する手段と、
該燃料の実質発熱量を決定する手段と、
該燃料内の音速を測定する手段と、
該燃料内の二酸化炭素濃度を測定する手段と、
該実質発熱量(HVm,r)、該音速、および該二酸化炭素濃度から該燃料の相対密度を決定する手段と
を含む、該燃料の相対密度を決定するための手段と、
該実質発熱量(HVm,r)および該相対密度から該ウォッベ指数を計算する手段と
を含む、装置。
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