KR100290169B1 - 가스값측정장치 - Google Patents

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로버트 리차드 더스턴
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Abstract

본 발명은 가스값 측정장치에 관한 것으로서, 에너지 계량기(2)는 연소가능한 연료가스 흡입구(48)와 연료가스 배출구(50) 및 상기 흡입구로부터 배출구로 가스흐름을 이동시키는 중앙 튜브(12)로 구성되어 있으며, 초음파 변환기(52, 54) 및 제어기(56) 시스템은 컴퓨터 수단으로 구성되며, 이에 의해 변환기 사이의 가스 이동의 초음파 신호의 속도가 측정될 수 있으며 계량기를 통과한 가스의 체적 계산을 할 수 있으며, 상기 초음파 신호는 변환기를 포함하고 있는 챔버(32, 34)의 벽(24, 26)내의 구멍(33, 38)을 통하여 방출되며, 상기 챔버(32)내에 있으며 상기 제어기(56)에 연결된 다른 초음파 변환기(66)는 방출기와 반사기(68, 70)에 의해 반사된 초음파 신호의 수신기로써 작용하며, 이들 신호는 챔버(32)내의 연료가스를 통하여 이동하며 그들의 감쇠는 그들이 변환기(66)에 수신될 때 관찰되어 측정되며, 측정된 감쇠는 가스의 발열량 및/또는 보베 인덱스를 도출하도록 제어기(60)에 이용되며, 제어기는 가스의 체적과 발열량 및/또는 보베 인덱스를 사용하여 가스의 공급에 의해 제공된 에너지 양을 도출하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스값 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING A GAS VALUE}
본 발명은 가스값 측정장치에 관한 것으로서, 특히 연소성 연료가스의 발열량 및/또는 보베 인덱스(Wobbe index)를 측정하기 위한 장치에 관한 것이며, 또한 연소성 연료가스 형태일 때, 제공된 에너지의 양을 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 연소성 연료가스의 발열량 및/또는 보베 인덱스를 측정하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는 가스가 통과하는 경로를 추종하도록 초음파 신호를 방출하고 상기 경로를 추종한 후에 상기 경로의 신호를 수신하기 위한 초음파 방출 및 수신기, 상기 초음파 방출 및 수신 사이에서의 신호의 감쇠를 측정하기 위한 수단 및 상기 측정된 감쇠로부터 발열량 및/또는 보베 인덱스를 도출하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
연소성 가스의 공급에 의해 제공된 에너지의 공급을 측정하기 위한 계량기는 본 발명에 따른 상기 장치를 포함하며, 또한 공급된 가스의 체적을 측정하기 위한 수단과 상기 체적과 상기 발열량 및/또는 보베 인덱스를 이용하여 공급된 에너지 양의 값을 도출하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 장치를 포함하고 통과중인 연소성 연료가스의 체적을 측정하기 위한 가스 계량기를 이하에서 상세히 설명할 것이다.
도면을 참조하면, 계량기(2)는 에너지 계량기 또는 가스 체적 계량기로써 구성될 수 있으며, 단부 벽(6, 8)을 구비한 외부 케이싱(4), 외부 케이싱에 의해 둘러싸인 내부 케이싱(10) 및 상기 내부 케이싱에 의해 둘러싸인 중앙의 단부개방 튜브(12)를 포함하고 있다. 불침투성의 칸막이(14)는 가스밀착 방식으로 장착되어 중앙 튜브(12)의 중간을 둘러싸며, 내부 케이싱(10)과 외부 케이싱(4)에 대해 가스밀착 되어 있다. 외부 케이싱(4)은 내부 케이싱(10)을 둘러싸고 있는 공간을 형성하며, 이 공간은 칸막이(14)에 의해 내부 케이싱(10)을 둘러싸는 2개의 분리 챔버(16, 18)로 분할되어진다. 내부 케이싱(10)은 중앙 튜브(12)를 둘러싸고 있는 공간을 형성하며, 이 공간은 칸막이(14)에 의해 상기 튜브(12)의 각각의 단부(28 또는 30)에 면하는 각각의 벽(24 또는 26)에 각각 결합된 2개의 분리 챔버(20, 22)로 분할되어지며, 각각의 단부 벽(6 또는 8)과 내부 케이싱(10)이 조합되어 각각의 챔버(32 또는 34)를 만든다. 챔버(32, 34)의 벽(24, 26)은 중앙 튜브(12)의 각각의 개방 단부(28, 30)에 각각 면하는 구멍 또는 창(36, 38)을 적어도 하나 가진다. 이 구멍(36, 38)은 초음파 투과, 가스 삼투성 그물 또는 막(40, 42)으로 덮여질 수 있으며, 양 챔버(32, 34)는 초음파 주파수로의 원치않는 반사를 회피하도록 비증폭 재료로 채워질 수 있다. 챔버(16)는 다수의 개구부(44)를 통하여 챔버(20)로 개방되어 있으며, 챔버(22)는 다수의 개구부(46)을 통하여 챔버(18)로 개방되어 있다. 튜브(48)는 연소성 연료가스용 흡입구로 제공되며, 튜브(50)는 가스 배출구로 제공된다. 흡입구를 통해 도입된 가스는 중앙 튜브(12)의 흡입 단부(28)로 미로의 경로를 따라 흐르며, 그 후 이 가스는 튜브를 따라 배출 단부(30)로 흘러 배출구(50)로 미로의 경로를 따라 흐른다. 구멍(36, 38)에 의해 가스는 또한 챔버(32, 34)를 채운다. 초음파 변환기(52, 54)는 컴퓨터 수단으로 구성된 계산 수단을 포함하는 제어수단에 의해 제어되며, 중앙 튜브(12)의 내부를 따라 지나가는 초음파 신호를 구멍(36, 38)을 통해 방출 및 수신한다.
변환기(52, 54)사이의 신호, 즉 가스의 음속은 제어수단(56)에서 공지의 방식으로 계산되며, 이 가스의 음속은 단위 시간내에 계량기(2)를 통과하여 지나가는 가스의 양, 즉 체적유량을 공지의 방식으로 계산하는데 사용되어진다. 제어수단(56)은 시간에 대한 토출량을 공지의 방식으로 적분할 수 있으며, 기록수단(58)은 시간주기 전체에 걸쳐 계량기(2)를 통과한 가스의 전체 부피를 기록 또는 표시하도록 하는 것이 가능하다. 가스의 온도가 가변적이면, 계량기(2)내의 가스에 노출된 온도검지수단(60)이 음속과 체적 유량 계산을 실행하는 제어수단(56)에 공지의 방식을 사용하여 가스온도의 신호표시를 하도록 제공될 수 있다. 또한, 가스가 가변압력으로 계량기(2)에 공급되면, 압력센서(62)가 음속과 체적 유량 계산을 실행하는 제어수단(56)에 가스압력 신호표시를 주도록 제공될 수 있다.
온도센서(60) 및/또는 압력센서(62)는 계량기내의 미로 가스흐름경로내에 있거나 또는 비교적 정숙한 가스 구역, 예를 들면 챔버(32)내의 가스 이동이 작거나 없는 구역내에 있을 수 있다.
제어수단(56)은 변환기(52, 54)사이의 통로로부터 생긴 초음파 신호의 감쇠를 관찰하도록 배열될 수 있다. 관찰된 초음파 신호의 감쇠는 계량기(2)가 체적 유량을 측정하고 있을 때 가스내의 초음파 속도를 측정하기 위해 사용될 수 있으며, 또는 그들은 서로다른 시간으로 방출되는 센서내의 서로다른 신호일 수 있다. 후자의 경우에 있어서, 초음파 신호는 서로다른 주파수 또는 초음파 속도 측정에 사용된 주파수로부터 감쇠 측정에 사용된 주파수로 방출될 수 있다.
제어수단(56)에는 주어진 연료가스에 대해 미리설정된 참조 데이터의 서로 다른 세트가 저장되어 있으며, 데이터의 각 세트는 가스 값의 초음파 감쇠 및 모두 표준 온도와 압력으로 보정될 수 있는 가스 값의 초음파 속도를 포함하며, 각 세트는 특정 발열량 및/또는 보베 인덱스와 관련되어 있다. 초음파 신호 감쇠의 측정된 값과 초음파 속도는 온도센서(60) 및/또는 압력센서(62)로 관찰된 온도 및/또는 압력값을 사용하여 제어수단(56)에서 표준 온도 및/또는 압력으로 보정될 수 있으며, 참조 세트가 측정된 값에 가장 가깝게 대응하는 값을 가질 때까지 참조 세트에 대해 맞춰진다. 제어수단(56)에 의해 얻어진 발열량 및/또는 보베 인덱스의 추정은 계량기(2)를 통하여 지나가는 연료가스의 발열량 및/또는 보베 인덱스인 참조 세트에 관련된 것이며, 상기 제어수단(56)은 기록수단(58)에 추정된 발열량 및/또는 보베 인덱스를 보내는 경로(64)상에 신호를 보낼 수 있으며, 기록수단에서의 발열량 및/또는 보베 인덱스의 기록은 어떤 적절한 형태로 할 수 있다.
연료가스의 발열량 및/또는 보베 인덱스를 측정하기 위한 목적으로 초음파 신호 감쇠 측정 및/또는 초음파 속도에 변환기(52, 54)를 선택적 또는 부가적으로 사용할 수 있으며, 다른 초음파 변환기(66)는 초음파 반사기(68, 70)와 결합되어 챔버(32)내에 배치되어 있다. 제어수단(56)의 제어하에서 변환기(66)에 의해 방출된 초음파 신호는 반사기(70)에서 반사된 후에 수신된다. 변환기에 의해 방출된 신호강도의 차이는 제어수단(56)으로 관찰된 신호 감쇠 표시후에 수신되며, 표준 온도 및/또는 압력으로 보정되어 발열량 및/또는 보베 인덱스의 추정을 이끌어내는데 사용하기 위해 참조 데이터와 비교될 수 있다. 제어수단(56)에 의해 결정된 서로다른 주파수의 초음파 신호는 변환기 및 관찰된 각각의 감쇠에 의해 방출되며 발열량 및/보베 인덱스 결정에 사용된다.
시스템(56, 66 ,68, 70)이 또한 가스의 초음파 속도를 측정하기 위해 사용될 수 있으며 이 측정은 표준 온도 및/또는 압력으로 보정되어 발열량 및/또는 보베 인덱스의 추정을 이끌어내는데 사용된다. 초음파 속도 측정에 사용된 초음파 신호의 주파수는 서로 다르거나 또는 신호 감쇠 측정에 사용될 수 있다.
발열량 및/또는 보베 인덱스와 관련된 전술한 참조 데이터는 열전도율 및/또는 가스 비열값으로 이루어진 각 세트 데이터내에 포함될 수 있다. 가스의 열전도율 및/또는 가스의 비열은 제어수단에 의해 열전도율 센서(70), 예를 들면 하트만 ＆ 브라운사의 TSC20 열전도센서로부터의 신호에 대응하여 측정될 수 있다. 바람직하게는 센서(72)는 정숙한 가스 구역내에 장착된다. 가스 열전도율 및/또는 가스 비열의 관찰된 값은 표준 온도 및/또는 압력으로 보정되며, 추정된 가스의 발열량 및/또는 보베 인덱스에 의한 프로세스내에 전술한 참조 데이터 세트와 비교하기 위해 사용될 수 있다.계량기(2)는 에너지 계량기로써 사용될 수 있다. 제어수단(56)은 연료가스의 설비에 의해 공급된 에너지의 양을 얻도록 계산 또는 프로세스내에 체적 유량 및 발열량 및/또는 보베 인덱스 값을 사용할 수 있으며; 이 에너지는 가스가 연소될 때 검지가능하게 가열된다. 공급된 에너지는 기록수단(58)에 의해 적절한 형태로 기록될 수 있다. 기록수단(58)은 계량기(2)로부터 약간의 간격을 둘 수 있으며, 제어수단(56)은 공급된 에너지의 금전적인 가치를 도출하기 위한 계산을 하도록 배열될 수 있으며, 금전적인 가치는 상기 기록수단에 의해 적절한 형태로 기록될 수 있다.

Claims (18)

  1. 연소성 연료가스의 발열량 및 보베 인덱스의 적어도 하나를 측정하기 위한 장치에 있어서,
    가스가 통과하는 경로를 추종하도록 초음파 신호를 방출하기 위한 수단,
    상기 경로를 추정한 후에 상기 경로의 신호를 수신하기 위한 수단,
    상기 방출 및 수신 사이에서의 신호의 감쇠를 측정하기 위한 수단, 및
    상기 측정된 감쇠로부터 발열량 및 보베 인덱스의 적어도 하나를 도출하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스값 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스의 초음파 신호 속도를 측정하기 위한 수단을 더 포함하며,
    상기 발열량 및 보베 인덱스의 적어도 하나를 도출하기 위한 수단은 상기 발열량 및 보베 인덱스의 적어도 하나를 도출하는데 있어서 측정된 속도 값을 이용하는 것을 특징으로 하는 가스값 측정장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    가스의 열전도율과 비열의 적어도 하나를 검지하기 위한 검지 수단을 더 포함하며,
    상기 발열량 및 보베 인덱스의 적어도 하나를 도출하기 위한 수단은 상기 발열량 및 보베 인덱스의 적어도 하나를 도출하는데 있어서 열전도율과 비열의 적어도 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 가스값 측정장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 도출 수단은
    상기 감쇠의 측정값과 상기 속도, 열전도율 및 비열의 적어도 하나를 복수의 미리 도출된 감쇠, 속도, 열전도율 및 비열을 비교하는 비교하기 위한 수단을 포함하며,
    상기 각각의 미리 도출된 값은 특정 발열량 및 보베 인덱스에 관련되어 있으며, 상기 비교로부터 발열량 및 보베 인덱스의 적어도 하나가 추정되는 것을 특징으로 하는 가스값 측정장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 검지 수단은 가스 이동이 적거나 없는 정숙한 가스 구역내의 가스에 노출된 센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스값 측정장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스내의 초음파 신호의 속도를 측정하기 위한 수단, 및
    상기 가스의 온도를 검지하기 위한 온도 검지수단을 더 포함하며,
    상기 검지된 온도는 상기 측정된 감쇠 및 측정된 초음파 신호 속도의 적어도 하나를 보정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 가스값 측정장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    가스의 온도와 압력을 검지하기 위한 온도 검지수단과 압력 검지수단을 더 포함하며,
    검지된 온도값과 압력값이 감쇠 측정값과, 측정된 열전도성 및 측정된 비열의 적어도 하나를 표준 온도 및 압력으로 보정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 가스값 측정장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    초음파 신호 방출 수단은 서로다른 주파수로 초음파 신호를 방출하며,
    초음파 신호 방출/수신 사이의 신호의 감쇠를 측정하기 위한 수단은 서로 다른 주파수로 방출된 초음파 신호의 감쇠를 또한 측정하는 것을 특징으로 하는 가스값 측정장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 감쇠 측정수단에 의해 측정된 상기 초음파 신호는 제 1 주파수이며,
    상기 속도 측정수단에 의해 측정된 초음파신호는 제 1 주파수와는 다른 제 2 주파수인 것을 특징으로 하는 가스값 측정장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    검지수단은 가스 이동이 적거나 없는 정숙한 가스 구역내의 가스에 노출된 센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스값 측정장치.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 가스의 온도를 검지하기 위한 온도 검지수단을 더 포함하며,
    상기 검지된 온도는 상기 측정된 감쇠 및 속도의 적어도 하나를 보정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 가스값 측정장치.
  12. 제 4 항에 있어서,
    가스의 온도와 압력을 검지하기 위한 온도 검지수단과 압력 검지수단을 더 포함하며,
    검지된 온도값과 압력값이 감쇠 측정값, 측정된 열전도성 및 측정된 비열의 적어도 하나를 표준 온도 및 압력으로 보정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 가스값 측정장치.
  13. 제 2 항에 있어서,
    초음파 신호 방출/수신 사이의 신호의 감쇠를 측정하기 위한 수단은 서로 다른 주파수로 방출된 초음파 신호의 감쇠를 또한 측정하는 것을 특징으로 하는 가스값 측정장치.
  14. 제 3 항에 있어서,
    초음파 신호 방출/수신 사이의 신호의 감쇠를 측정하기 위한 수단은 서로 다른 주파수로 방출된 적어도 2개의 초음파 신호의 감쇠를 또한 측정하는 것을 특징으로 하는 가스값 측정장치.
  15. 가스가 통과하는 제 1 경로를 추종하도록 제 1 초음파 신호를 방출하기 위한 제 1 수단,
    상기 제 1 경로를 추정한 후에 상기 제 1 초음파 신호를 수신하기 위한 제 1 수단,
    상기 신호 방출 및 수신 사이에서의 제 1 초음파 신호의 감쇠를 측정하기 위한 제 1 수단,
    상기 제 1 수단에 의해 측정된 감쇠로부터 발열량 및 보베 인덱스의 적어도 하나를 도출하기 위한 수단,
    가스가 통과하는 제 2 경로를 추종하도록 제 2 초음파 신호를 방출하기 위한 제 2 수단,
    상기 제 2 경로를 추정한 후에 상기 제 2 초음파 신호를 수신하기 위한 제 2 수단,
    상기 신호 방출 및 수신 사이에서의 제 2 초음파 신호의 속도를 측정하기 위한 제 2 수단, 및
    상기 제 2 수단에 의해 측정된 속도로부터 계량기를 통과한 가스의 유량속도 및 체적량을 도출하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연소가스 계량기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 계량기를 통과한 가스에 의해 공급된 에너지량을 도출하기 위한 수단을 더 포함하며,
    상기 에너지량은 상기 계량기를 통과한 가스의 체적량과, 발열량 및 우베 인덱스의 적어도 하나로부터 도출되는 것을 특징으로 하는 연소가스 계량기.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 신호를 방출하는 수단과 수신하는 수단은 초음파 신호를 방출/수신하기에 적합한 변환기인 것을 특징으로 하는 가스값 측정장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 신호를 방출하기 위한 수단은 초음파 신호를 방출하기에 적합한 제 1 변환기를 포함하며, 수신 수단은 초음파 신호를 수신하기에 적합한 제 2 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스값 측정장치.
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