NO853294L - Apparat for maaling av varmeverdien av en brenngass. - Google Patents
Apparat for maaling av varmeverdien av en brenngass.Info
- Publication number
- NO853294L NO853294L NO853294A NO853294A NO853294L NO 853294 L NO853294 L NO 853294L NO 853294 A NO853294 A NO 853294A NO 853294 A NO853294 A NO 853294A NO 853294 L NO853294 L NO 853294L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- fuel gas
- combustion
- heating element
- temperature
- particles
- Prior art date
Links
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 title claims description 63
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 70
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 49
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 33
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 11
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 10
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 8
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 8
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 8
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 3
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 3
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 3
- FRWYFWZENXDZMU-UHFFFAOYSA-N 2-iodoquinoline Chemical compound C1=CC=CC2=NC(I)=CC=C21 FRWYFWZENXDZMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N beryllium oxide Inorganic materials O=[Be] LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000008713 feedback mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002611 lead compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000010310 metallurgical process Methods 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
- G01N25/22—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/22—Fuels; Explosives
- G01N33/225—Gaseous fuels, e.g. natural gas
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
Foreliggende oppfinnelse angår generelt den art av innretninger som tjener til måling av varmeverdi (f.eks. BTU)
av en brenngass, og er mer spesielt rettet mot innretninger som gir en indikasjon på varmeverdien ut fra endringer i den energi som tilføres en varmekilde i et reaksjonskammer for brenngass.
På grunn av den stadig økende pris på energi, er det blitt økonomisk viktig å utnytte den energi som inneholdes i avløps-gass-strømmer som fremkommer ved mange raffineringsprosesser, metallurgiske og kjemiske prosesser. Ukontrollerte fluktuasjoner i varmeverdien av det materiale som forbrennes, fører til stor ineffektivitet i forbrenningsprosessen, og kan under ekstreme forhold avstedkomme farlige betingelser eller uakseptable variasjoner i karakteristika ved de produkter som fremstilles.
For å minimalisere disse ineffektiviteter og dette sløseri, er det blitt introdusert forskjellige reguleringsplaner som søker å overvåke fluktuasjonene i varmeverdien av de brenn-
gasser som innføres i et forbrenningskammer, og gjennom tilbake-koblingsmekanismer, å justere den mengde eller hastighet som brennstoffet innføres med, for derved å opprettholde avgivelse av en jevn varmeverdi pr. tidsenhet i kammeret. Dette er særlig viktig i tilfelle av ovner eller kjeler som forbrenner mange forskjellige brenngasser samtidig, fordi blandingen av brenngasser i et gitt volum kan ha vide variasjoner på forskjellige tider. Det apparat som er vist i US-patent 4.329.873 kan anses representativt for slike tidligere kjente reguleringsmetoder. Dette patent beskriver et apparat hvor en prøvegass og for-brenningsgasser kombineres i et reaksjonskammer, og de blir oksydert ved innvirkningen av et katalytisk varme-element.
Dette varme-element overvåkes med hensyn på endringer i dets resistens bevirket ved oppvarmningen av forbrenningsgassene,
og et tilbakekoblingssignal basert på denne resistens-endring styrer strømningsmengden av prøvegassen inn i kammeret. Et lignende system er beskrevet i US-patent 4.329.874, som over-våker temperaturforskjellen mellom den ene ende av et katalytisk belagt varme-element plassert i reaksjonskammeret, og den motsatte ende beliggende utenfor kammeret. Den ende av varme-elementet som befinner seg i reaksjonskammeret oppvarmes ved oksyderingen av brenngassen, og en regulator varierer strømmen
til elementet for å opprettholde en forutbestemt temperatur-
forskjell mellom dettes to ender. Målingen av forskjellen i den elektriske strøm som tilføres elementet kan korreleres til det kalorimessige varmeinnhold i brenngassen.
I US-patent 4.170.455 er det vist et system hvor temperaturen av en innkommende brenngass blir målt. Gassen føres gjennom en perforert metall-varmeskjerm til kontakt med et lag av partikkelformig katalysator, for derved å bevirke forbrenning. Temperaturen av den forbrente gass blir målt, idet temperaturforskjellen kan korreleres til konsentrasjonen av den gass som er av interesse. Den enhet som dannes av den partikkel-formige katalysator og den omgivende metallnetting eller
-skjerm er utformet for å gi et maksimalt forhold mellom partikkel-lagets volum og overflateareal, for derved å oppnå
et maksimum i systemets forhold mellom strømningskapasitet og varmetap.
En vesentlig ulempe ved mange slike tidligere kjente systemer er at fordi disse er basert på en katalytisk reaksjon og lokal temperaturmålinq, er systemets respons efter sin natur avhengig av sammensetningen av brenngassene. Katalysatorer kan generelt ikke anvendes universelt, og hastigheten av katalytiske reaksjoner varierer sterkt for ulike reaksjons-substanser. Hvis derfor en forbrenningsprosess benytter brenngasser av sterkt varierende natur, ville det kreves separate målesystemer ved anvendelse av separate katalysatorer og/eller kalibreringer. Når sammensetningen av brennstoffet er ukjent,
må konstruksjonen av måle-enheten ta i betraktning de høyst variable oksydasjonshastigheter for gass-komponentene, som kan gå fra hydrogen (meget reaktivt) til metan og andre alkaner. Enhver måling av varmeverdi avledet fra den varme som frigjøres ved forbrenning av bare en del av prøven, er sannsynligvis avhengig av sammensetningen, likesom den andel som vil reagere avhenger av de kjemiske stoffer som er til stede og blandingens støkiometri.
Det skal påpekes at katalysatorer er utsatt for " forgiftning" når de forurenses av fremmede substanser, som ofte er en uunngåelig del av den innkommende brennstoffstrøm. Videre har katalysatorer en tendens til å aldres og deres ytelses-karakteristika forandrer seg over tid, slik at man får en ugunstig påvirkning av nøyaktigheten og presisjonen av reguleringsprosessen.
Følgelig er det fremdeles et behov innen industrien for
å få et mer universelt måleapparat for måling av BTU eller varmeverdi eller kalori-innhold av en brenngass, som kan anvendes til å måle mange forskjellige prøvegasser, enten individuelt eller i blandinger og uten rekalibrering.
Det er et annet formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et slikt system som ikke er utsatt for forgiftning eller degradering som følge av fremmed-brenngasser, og kan tåle vide fluktuasjoner i den art brenngass som tilføres.
Det er videre et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et apparat for utførelse av de ovenfor nevnte funksjoner på en måte som kan tilpasses eksisterende ovner, kjeler og andre lignende forbrenningsinstallasjoner, og som utfører sine funksjoner på en økonomisk måte.
Apparatet ifølge oppfinnelsen defineres nøyaktig i de vedføyde patentkravene.
Et måleapparat for varmeverdi i brenngass i henhold til foreliggende oppfinnelse omfatter en forbrenningsenhet med en ytre mantel som har høy varmelednings-koeffisient og utgjør et indre forbrenningskammer. Brenngass- og oksydasjonsgass-innløp kommuniserer med det indre av dette forbrenningskammer. Et varme-element anbrakt i forbrenningskammeret holder kammeret på en temperatur høyere enn forbrenningstemperaturen for enhver bestanddel i brenngassen, idet en energikilde er anordnet for varme-elementet. Apparatet omfatter midler til å avstedkomme fullstendig forbrenning av brenngassen i forbrenningskammeret ved hjelp av varme-elementet, samtidig som varmevirkningen av forbrenningen overføres jevnt til den ytre mantel. En temperatursensor anbrakt på den ytre mantel frembringer et utgangssignal som svarer til den avfølte temperatur og leverer dette signal til en mekanisme til å variere den mengde energi som tilføres energikilden for varme-elementet, under påvirkning av utgangssignalet, for derved å holde temperaturen av den ytre mantel konstant. Endelig er det anordnet midler til å måle variasjonen i energi som tilføres energikilden og å korrelere denne variasjon med varmeverdien av det brennstoff som er blitt forbrent.
I en spesiell utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er midlet til å oppnå den fullstendige forbrenning av brenngassen et tett sammenpakket lag eller aggregat av partikler som har høy varmeledningsevne, såsom aluminiumoksyd, berylliumoksyd eller sølv. Disse partikler er tett pakket i et forbrenningskammer med forholdsvis lite innvendig volum. Brenngassen innføres i den ene ende av kammeret oppstrøms for oksydasjonsgassen. Dette frembringer til å begynne med en lagdelt, d.v.s. ikke-homogen blanding av brenngass og oksydasjonsgass (en "rik" blanding) som letter antennelsen av brenngassen. Påfølgende diffusjon av brenngassen og oksydasjonsgassen gjennom partikkel-mengden resulterer i fullstendig blanding av gassene og bevirker total forbrenning av brenngassen, d.v.s. en fri-gjøring av det totale kjemiske energi-innhold i brenngassen.
På grunn av den intime kontakt mellom partiklene i partikkel-laget og deres høye varmeledningsevne, blir den totale varmevirkning som fremkommer ved forbrenning i hvilket som helst punkt i kammeret, umiddelbart overført til den ytre sterkt varmeledende mantel og blir jevnt fordelt over mantelens overflate. I virkeligheten vil den partikkelmengde som omgir varme-elementet virke som en forlengelse av dette og så å si avstedkomme et utstrakt fordelt varme-element.
På grunn av den nesten øyeblikkelige overføring av den totale varmevirkning til den ytre mantel og den jevne tempera-turfordeling over mantelens overflate, er hvert punkt på denne overflate teoretisk en indikator på varme-effekten som følge av forbrenningen av brenngassen. Derfor kan temperaturen på hvilket som helst vilkårlig punkt på overflaten korreleres til varmeinnholdet i den gass som har bevirket den avfølte endring i temperatur.
De mange operasjonstrekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil bli forklart i den følgende detaljerte beskrivelse i tilknytning til tegningene, hvor: Fig. 1 er et skjematisk blokk-diagram som viser et måleapparat oppbygget i henhold til foreliggende oppfinnelse,
fig. 2 er et oppriss i snitt gjennom den brenngass-forbrenningsenhet som er vist på fig. 1, og
fig. 3 er et diagram som viser korrelasjonen mellom brenn-effekt og elektrisk effekt som tilføres varme-elementet, for flere forskjellige brenngasser.
Som det fremgår av fig. 1 omfatter et måleapparat for varmeverdien av en brenngass, i henhold til foreliggende oppfinnelse og som generelt er betegnet med henvisningstallet 11, en brenngass-forbrenningsenhet 13 som skal beskrives mer detaljert i det følgende. Funksjonen av forbrenningsenheten er å kombinere den prøvegass som inneholder brennbare bestand-deler (f.eks. hydrogen, metan, karbonmonoksyd) og en oksydasjonsgass (f.eks. luft eller oksygen) for å oppnå total forbrenning av brenngassen. Et varme-element 15 plassert i forbrenningsenheten og oppvarmet til en temperatur høyere enn det normale forbrenningspunkt for vedkommende brenngass, igangsetter oksydasjonsreaksjonen. Den totale varme-effekt som frembringes ved forbrenningen såvel som utgangen av varme-elementet over-føres til den ytre overflate av forbrenningsenheten, idet temperaturen av denne overflate skal holdes på et konstant forutbestemt nivå.
Denne overflatetemperatur er en funksjon ikke bare av
den varmemengde som frembringes av varme-elementet 15 selv,
men også av den varme som frembringes ved forbrenningen av brenngassen og oksygenet. Når varmeverdien eller kalori-innholdet av brenngassen varierer vil selvsagt den mengde varme-effekt som produseres ved forbrenning av denne brenngass endre seg tilsvarende. For å holde overflatetemperaturen konstant må således den varmemengde som leveres av varme-elementet forandres omvendt i forhold til endringene i varmeverdien av gassen, d.v.s. at det kreves mer varme av varme-elementet når varmeverdien av gassen avtar, og det kreves mindre varme fra varme-elementet når varmeverdien øker.
Operasjonen av varme-elementet 15 styres av den energimengde som tilføres varme-elementet fra en ytre energikilde 19, idet mer eller mindre energi tilføres varme-elementet i henhold til den aktuelle situasjon. Temperaturen av den ytre overflate måles ved hjelp av en konvensjonell temperatursensor 21, såsom et termoelement eller en resistens/temperatur-innretning (RTD) , som er fast forankret til denne. Utgangssignalet fra denne temperatursensor som føres over en ledning 23, avgis til en konvensjonell tilbakekoblingsregulator 25. Som representativt eksempel på en slik konvensjonell regulator nevnes en elektronisk analog-regulator med typebetegnelsen SPEC 200 produsert av The Foxboro Company, Foxboro, Massachusetts,
som er innehaver av foreliggende patentsøknad. Når den virkelige temperatur som avføles av temperatursensoren avviker fra et
temperatur-settpunkt programmert inn i regulatoren, vil denne på velkjent konvensjonell måte frembringe et feilsiganl.
Dette signal føres tilbake langs en ledning 27 til varme-energikilden 19 for tilsvarende å modifisere den energimengde som leveres til varme-elementet 15 og motvirke økningen eller reduksjonen i overflatetemperatur som bevirkes av den indre forbrenning av brenngass. I den viste utførelse er varme-elementet en motstandstråd (se også fig. 2), og den energi som leveres til denne er i form av en elektrisk strøm. En typisk motstandstråd kan bestå av 60% nikkel, 24% jern og 16% krom-legering, som f.eks. markedsført under handelsnavnet "Nichrome". Foreliggende oppfinnelse kan imidlertid virke effektivt med mange forskjellige og konvensjonelle kjente varme-elementer energisert av elektriske eller ikke-elektriske kilder. En overvåkningsinnretning 29 innsatt mellom forbrenningsenhetens varme-element og varme-energikilden måler variasjonen i den energi som tilføres varme-elementet. Forskjellen mellom den elektriske effekt som kreves med og uten brenngass-strømning er lik den varmeverdi som leveres av brennstoffet. En indikator 31 hvis inngang er avledet fra overvåkningsinnretningen, gir en direkte indikasjon av varmeverdien av vedkommende brenngass, idet indikatorens skala har en tilpasset kalibrering svarende til deønskede måleenheter (f.eks. BTU pr. volumenhet).
På fig. 2 er den spesielle forbrenningsenhet 13 for oppnåelse av effektiv forbrenning av brenngassen vist mer i detalj. Hele forbrenningsenheten er omsluttet av et hermetisk forseglet metallhus 33 som er evakuert for å varme-isolere forbrenningsenheten fra omgivelsene slik at man begrenser den totale effektmengde som kreves for å holde den på den ønskede arbeidstemperatur. Slik isolasjon kan oppnås f.eks. også ved å inneslutte forbrenningsenheten i en beskyttelsesvarme-innretning som holdes på en eller annen forhøyet temperatur under den ønskede arbeidstemperatur. Den ytre mantel 35 på forbrenningsenheten, som danner et indre forbrennings- eller reaksjons-kammer, er laget av et materiale med høy varmeledningsevne, f.eks. sølv. En blank platinafolie 37 (som ikke anløper ved høye temperaturer) er lagt tettsluttende omkring den ytre mantel for å redusere strålevarmetap. Denne type konstruksjon fører til en komplett anordning som er isotermisk og som har en konstant og regulerbar varmetapshastighet mot omgivelsene.
Gjennom den ytre mantel 35 er det ført to innløpsledninger 38 og 39, hvorav den første avgir brenngassprøven som skal måles, mens den annen leverer oksygenet. Overgangen mellom disse innløpsledninger og den ytre mantel er loddet, sveiset eller på annen måte sammenføyet for å sikre en gass-tett utførelse. Det er videre anordnet en avgassledning 41 som på lignende måte er festet til den ytre mantel og kommuniserer med forbrenningskammeret for å føre ut forbrenningsproduktene. Et innføringsrør 43 gir plass for varme-elementet 15, omfattende en bæredel 45 av aluminiumoksyd (AI2O3) med en motstandstråd 47 viklet omkring det ytre av bæredelen ved dennes øvre ende. To elektriske ledere 49 er forbundet med motstandstråden og
er ført gjennom det indre av bæredelen og ut gjennom den nedre ende av denne gjennom en gasstetning, f.eks. av epoksy- eller keramisk materiale, som hindrer at gassinnholdet i kammeret kommer ut av dette, bortsett fra gjennom avløpet 41.
Som fylling av det hele gjenværende volum av forbrenningskammeret er det anordnet en sammenpakket mengde av partikler 53 som har en høy varmeledningskoeffisient. Disse partikler omgir varme-elementet 15 og er i intim kontakt med varme-elementet og med hverandre. Typiske partikkelmaterialer som kan anvendes i forbindelse med foreliggende oppfinnelse er små biter av sølv, aluminiumoksyd eller berylliumoksyd (Be20^). I den spesielle utførelse som er vist er disse partikler av aluminiumoksyd og har en størrelsesfordeling svarende til
8-20 mesh. Den intime kontakt mellom partiklene og varme-elementet 15 såvel som den ytre mantel 35, samt med hverandre, sikrer at lokale varmevirkninger som oppstår hvor som helst i forbrenningskammeret, nesten øyeblikkelig blir overført til alle deler av forbrenningsenheten, innbefattet den ytre overflate av sølvmantelen. Denne hurtige overføring befordres av det forholdsvis lille innvendige volum i forbrenningsenheten, typisk 2,5 cm 3. Prinsipielt vil således den sterkt varmeledende oppbygning av forbrenningsenheten medføre en integrasjonseffekt, ved at temperaturen av den ytre mantel er en funksjon av den totale sum av varme-effekter gjennom forbrenningskammeret. Temperatursensoren er fast anbrakt på
sølvmantelen gjennom et hull i folien 37. Plasseringen av sensoren er ikke kritisk fordi temperaturen er jevnt fordelt over hele den ytre overflate 35, hvilket er et direkte resultat av den optimale varmeledningsevne av forbrenningsenheten som helhet.
Under drift blir brenngass innført ved den nedre ende
av forbrenningsenheten 13 mens oksydasjonsmidlet innføres på
et høyere punkt, nedstrøms for brenngassen. Denne betingelse gjør den først dannede gassblanding rik på brennstoff og,
slik det er velkjent, forbedrer brenngassens evne til å bli antent. Fremføringen av de to gasser gjennom de mange snirklete veier i fyllingen av aluminiumoksydpartikler 53 bevirker en turbulent gjensidig virkning slik at det skjer en grundig blanding av brenngassen og oksygenet, hvilket avsted-kommer en fullstendig forbrenning av brenngassen. Videre virker fyllingen av høyt varmeledende partikler effektivt som en utvidelse av motstandstrådvarmeren ved å tilveiebringe en mer utstrakt fordelt varmeflate og letter ytterligere en fullstendig forbrenning. Mange tidligere kjente innretninger som avhenger av forbrenning av bare en del av den totale prøveblanding av brenngass og oksydasjonsmiddel, krever en separat kalibrering for de forskjellige prøvesammensetninger på grunn av at den temperaturprofil som frembringes av forbrenningsvarmen vil avhenge av reaktiviteten av den spesielle brenngass. Slik rekalibrering er imidlertid ikke nødvendig i forbindelse med foreliggende oppfinnelse, som følge av den tidligere nevnte integrasjonseffekt. Derimot kombineres den totale forbrenning og den komplette konstruksjon med høy varmeledningsevne, til å oppnå en nøyaktig karakterisering av gassprøvens varmeverdi, uansett reaktiviteten av gassen.
Det skal påpekes at selv om betegnelsene "fullstendig forbrenning" og "total forbrenning" her brukes for å adskille virkemåten i henhold til foreliggende oppfinnelse fra tidligere kjente innretninger som bare anvender stikkprøveteknikker, betyr dette ikke at foreliggende oppfinnelse ikke vil virke når brenngassen forbrennes mindre enn 100%. Konsekvensen av en lavere enn 100% forbrenning er en tilsvarende reduksjon i nøyaktigheten. Hvis f.eks. bare 99% av den totale brenngass-prøve forbrenner, vil nøyaktigheten av varmeverdimålingen ikke
være bedre enn 1%.
Den egentlige forbrenning av brenngassen og oksygenet innledes ved hjelp av den oppvarmede motstandstråd 47. Til forskjell fra tidligere kjente katalytiske forbrennings-innretninger som omtalt ovenfor, som arbeider ved en temperatur under det normale forbrenningspunkt for prøve-gassene, blir motstandstråden oppvarmet for å heve temperaturen i kammeret over forbrenningspunktet for ethvert element som er en bestanddel av brenngassen. Som nevnt ovenfor varierer den elektriske strøm som tilføres motstandstråden i avhengighet av varmeverdien av den brenngass som forbrennes. Antas det at det foreligger en kjent, konstant brenngass-strømningsmengde under varigheten av målingen, er størrelsen av endringen i antall watt elektrisk effekt som forbrukes, ekvivalent med varme-effekten (f.eks. i BTU) av brenngassprøven. Denne endring i elektrisk effekt detekteres ved anvendelse av et konvensjonelt wattmeter som overvåkningsinnretningen 29.
Eksperimenter med apparater slike som i den ovenfor beskrevne utførelse, ved anvendelse av rene brenngasser,
såsom H2, CO og CH4har gitt virkningsgrader på 97-100%, med en responstid på omkring 20 sekunder. Diagrammet på fig. 3 viser tydelig den vide anvendbarhet av foreliggende oppfinnelse, ved å demonstrere ekvivalensen mellom brennstoffeffekt og endringer i elektrisk effekt for disse tre gasser. Disse aktuelle målinger ble foretatt uten behov for noen rekalibrering efter endringer i de gasser som måles.
Istedenfor at den målte varmeverdi av brenngassen bare
ble fremvist på indikasjonsinnretningen 31, kan informasjon om varmeverdien tilbakekobles til en tilførselsventil
(ikke vist) som regulerer strømmen eller mengden av brenngass til en ovn eller lignende forbrenningsapparat, for kontinuerlig å avgi en konstant varmeverdi pr. tidsenhet til denne. Ved å opprettholde en konstant varmeinngangsverdi, kan utgangs-effekten fra ovnen på tilsvarende måte holdes konstant.
Lignende resultater blir oppnådd ved direkte å variere
den mengde brenngass som tilføres forbrenningsenheten 13 for å opprettholde den konstante temperatur på den ytre mantel 35, istedenfor å variere den elektriske strøm til varmetråden 47.
I denne situasjon blir det samme signal som regulerer gass- tilførselen til forbrenningsenheten, brukt til å regulere gasstilførselen til hovedbrenneren eller ovnen, slik at foreliggende oppfinnelse virker som en settpunkt-regulator istedenfor å bare være en varmeverdi-indikator.
Selv om partiklene 53 utvelges primært med henblikk på deres høye varmeledningsevne, er det erkjent at når det gjelder visse brenngasser kan det skje en tilhørende grad av katalytisk virkning. Som omtalt ovenfor er imidlertid foreliggende oppfinnelse ikke beregnet til å kreve en katalytisk reaksjon. Det faktum at partikkelmaterialet ikke er en katalysator gjør det mulig å anvende foreliggende oppfinnelse på et stort utvalg av forskjellige brenngasser, samtidig som man unngår det vanlige problem med forgiftning av katalysatorer ved sulfider, blyforbindelser etc.
Selv om den ovennevnte utførelsesform er blitt beskrevet med temmelig spesifikke angivelser, vil det forstås at visse modifikasjoner kan være åpenbare for fagfolk på området.
For eksempel kan andre materialer enn sølv være brukbare for den ytre mantel på forbrenningsenheten, slik som f.eks. palladium som har høy varmeledningsevne, men et langt høyere smeltepunkt enn sølv. Ved høyere arbeidstemperaturer kan det også være unødvendig å bruke oksygen som oksydasjonsmiddel,
og normal atmosfærisk luft kan være tilstrekkelig. Ikke desto mindre er det meningen at disse og andre lignende modifikasjoner skal være innbefattet innenfor rammen av de følgende patentkrav.
Claims (8)
1. Apparat for måling av varmeverdien av en brenngass i en forbrenningsenhet (13), omfattende:
en ytre mantel (35) med høy varmeledningskoeffisient, som danner et indre forbrenningskammer,
et brenngassinnløp (38) som kommuniserer med forbrenningskammeret ,
et oksydasjonsgassinnløp (39) som kommuniserer med forbrenningskammeret ,
en temperaturføleanordning (21), og
en reguleringsanordning (25),
karakterisert ved at
en omhylning av platinafolie (37) omgir den ytre mantelen (35) ,
et motstands-varmeelement (47) er anbrakt inne i forbrenningskammeret for å heve temperaturen i dette over forbrenningstemperaturen for nevnte brenngass,
en samling av partikler (53) med høy varmeledningsevne fyller nevnte forbrenningskammer og omgir motstands-varme-elementet (47), hvilke partikler (53) tjener til å gi diffusjon av brenngassen og oksydasjonsgassen for å lette en fullstendig forbrenning av disse og til å overføre varmeeffekten fra forbrenningen til den ytre mantelen,
en elektrisk energikilde (19) er innrettet for å levere effekt til motstands-varmeelementet (47),
temperaturføleanordningen (21) er anbrakt på den ytre mantelen (35) og er innrettet til å frembringe et utgangssignal som tilsvarer den avfølte temperaturen,
reguleringsanordningen (25) er innrettet for å variere den mengde elektrisk effekt som tilføres motstands-varmeelementet (47) fra energikilden (19) som reaksjon på nevnte utgangssignal, for derved å holde temperaturen til den ytre mantel (35) konstant, og
en måleanordning (29) er innrettet for å måle variasjonen i den elektriske effekt og korrelere denne målingen med varmeverdien for brenngassen.
2. Apparat som angitt i krav 1,
karakterisert ved at partiklene (53) er av aluminiumoksyd.
3. Apparat som angitt i krav 1,
karakterisert ved at partiklene (53) er av bery11iumoksyd.
4. Apparat som angitt i krav 1,
karakterisert ved at partiklene (53) er av sølv.
5. Apparat som angitt i krav 1,
karakterisert ved at partiklene (53) har en størrelsesfordeling i området fra 8 til 20 mesh.
6. Apparat som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved at motstands-varmeelementet (47) omfatter en tråd laget av en legering av nikkel, jern og krom.
7. Apparat som angitt i et av kravene 1-6, karakterisert ved at nevnte oksydasjonsgass-innløp (39) befinner seg nedstrøms for nevnte brenngassinnløp (38) for å gi en lagdelt blanding av brenngass og oksydasjonsgass.
8. Apparat som angitt i et av kravene 1-7, karakterisert ved at nevnte måleanordning (29) omfatter en elektrisk effektmåler innsatt mellom motstands-varmeelementet (47) og den elektriske energikilden (19), og en anordning for å sette endringer i den elektriske effekt lik varmeverdien av brenngassen.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/564,791 US4613482A (en) | 1983-12-23 | 1983-12-23 | Constant temperature heating value measurement apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO853294L true NO853294L (no) | 1985-08-21 |
Family
ID=24255907
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO853294A NO853294L (no) | 1983-12-23 | 1985-08-21 | Apparat for maaling av varmeverdien av en brenngass. |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4613482A (no) |
EP (1) | EP0166776A1 (no) |
JP (1) | JPS61500806A (no) |
AU (1) | AU565376B2 (no) |
FI (1) | FI853244A0 (no) |
NO (1) | NO853294L (no) |
WO (1) | WO1985002908A1 (no) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4846081A (en) * | 1987-04-08 | 1989-07-11 | General Signal Corporation | Calorimetry system |
US4809190A (en) * | 1987-04-08 | 1989-02-28 | General Signal Corporation | Calorimetry system |
EP0304266A3 (en) * | 1987-08-17 | 1991-01-09 | Hart Scientific, Incorporated | Catalytic gas calorimeter systems and methods |
DE69231977T2 (de) * | 1991-10-23 | 2002-04-04 | Honeywell Inc | Vorrichtung zur verbrennungslosen messung der qualität von gasförmigem brennstoff |
US5820260A (en) * | 1996-07-12 | 1998-10-13 | Badger Meter, Inc. | Measuring heating value using predetermined volumes in non-catialytic combustion |
US5816705A (en) * | 1996-07-12 | 1998-10-06 | Badger Meter, Inc. | Measuring heating value of a gas using flameless combustion |
US5822058A (en) * | 1997-01-21 | 1998-10-13 | Spectral Sciences, Inc. | Systems and methods for optically measuring properties of hydrocarbon fuel gases |
WO2006093589A2 (en) * | 2005-02-25 | 2006-09-08 | O.I. Corporation | Improved analyte system |
US8486710B2 (en) * | 2005-09-30 | 2013-07-16 | General Electric Company | Method, sensor and system for measuring a lower heating value and a Wobbe Index of a gaseous fuel |
RU2454641C1 (ru) * | 2010-10-21 | 2012-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ГОУ ВПО "СГГА") | Дифференциальный массивный калориметр и способ определения теплоты адсорбции и химических реакций газов |
CN102128857B (zh) * | 2010-12-31 | 2012-10-17 | 宁波出入境检验检疫局检验检疫技术中心 | 液体持续燃烧试验仪 |
DE102011106373B4 (de) * | 2011-06-10 | 2017-02-09 | Vdeh-Betriebsforschungsinstitut Gmbh | Vorrichtung zur Oxidation der oxidierbaren Anteile einer Brenngasprobe zur Qualitätsbestimmung des Brenngases |
US20190368943A1 (en) * | 2016-09-09 | 2019-12-05 | Okazaki Manufacturing Company | Pad-equipped thermocouple and method for producing sheath thermocouple used therein |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR506993A (fr) * | 1919-05-10 | 1920-09-02 | Hauts Fourneaux De Rouen Soc D | Calorimètre continu et enregistreur pour la détermination du pouvoir calorifique des combustibles fluides |
DE648159C (de) * | 1932-07-14 | 1937-07-23 | Bernh Draeger | Thermisches Messinstrument fuer brennbare Gase, insbesondere zur Kohlenoxydbestimmung |
US2836482A (en) * | 1955-07-13 | 1958-05-27 | George M Dreher | Combustion analysis method and apparatus |
US3365944A (en) * | 1965-09-13 | 1968-01-30 | Dynatech Corp | Adiabatic calorimeter |
FR1476998A (fr) * | 1966-04-19 | 1967-04-14 | Harry Bolling Breedlove | Installation calorimétrique |
US3725005A (en) * | 1968-06-03 | 1973-04-03 | W Innes | Analysis of reactive materials in gas streams |
US3777562A (en) * | 1972-04-13 | 1973-12-11 | Precision Machine Products Inc | Methods of and means for determining the calorific value of combustible gases |
DE2363605A1 (de) * | 1973-12-20 | 1975-08-07 | Siemens Ag | Verfahren zur bestimmung des heizwertes von spaltgas |
US4315430A (en) * | 1980-02-21 | 1982-02-16 | Honeywell Inc. | Gas calorific content analyzing apparatus |
JPS56141541A (en) * | 1980-04-07 | 1981-11-05 | Yamatake Honeywell Co Ltd | Calorific value measuring device |
JPS56141546A (en) * | 1980-04-07 | 1981-11-05 | Yamatake Honeywell Co Ltd | Calorific value measuring device |
-
1983
- 1983-12-23 US US06/564,791 patent/US4613482A/en not_active Expired - Fee Related
-
1984
- 1984-12-24 JP JP60500178A patent/JPS61500806A/ja active Pending
- 1984-12-24 WO PCT/US1984/002143 patent/WO1985002908A1/en not_active Application Discontinuation
- 1984-12-24 AU AU37836/85A patent/AU565376B2/en not_active Ceased
- 1984-12-24 EP EP85900578A patent/EP0166776A1/en not_active Withdrawn
-
1985
- 1985-08-21 NO NO853294A patent/NO853294L/no unknown
- 1985-08-22 FI FI853244A patent/FI853244A0/fi not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS61500806A (ja) | 1986-04-24 |
AU565376B2 (en) | 1987-09-10 |
EP0166776A1 (en) | 1986-01-08 |
AU3783685A (en) | 1985-07-12 |
FI853244L (fi) | 1985-08-22 |
WO1985002908A1 (en) | 1985-07-04 |
US4613482A (en) | 1986-09-23 |
FI853244A0 (fi) | 1985-08-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO853294L (no) | Apparat for maaling av varmeverdien av en brenngass. | |
US4170455A (en) | Gas monitoring method and apparatus therefor | |
EP0187272B1 (en) | Heat recovery calorimeter | |
Haines et al. | Differential thermal analysis and differential scanning calorimetry | |
US4659306A (en) | Method of and system for determining the ratio between the oxygen-carrying gas content and the fuel content of a mixture | |
NL8001062A (nl) | Werkwijze en inrichting voor het meten van de sterkte van de verhouding van lucht en brandstof toegevoerd aan een verbrandingsstelsel. | |
JPS6026977B2 (ja) | 可燃ガス検出装置 | |
US4329874A (en) | Calorimetric apparatus | |
JP2022550182A (ja) | 一酸化炭素とメタンの同時測定可能な燃焼分析装置 | |
US2285866A (en) | Combustion device for and method of measuring flame characteristics of gases | |
JP2022550183A (ja) | 一酸化炭素及びメタンのデュアル測定による燃焼分析器 | |
Motzfeldt | High temperature experiments in chemistry and materials science | |
US4382698A (en) | Combustible gas analyzer | |
US4720196A (en) | Method and apparatus for measuring the heating power of combustible gases | |
JPH0198951A (ja) | ガス熱量計装置及び発熱量測定方法 | |
Yamanaka et al. | Gas-flame, high-temperature apparatus for single-crystal X-ray diffraction studies | |
JP2020060471A (ja) | 熱量計 | |
US5759862A (en) | Measuring heating value using catalytic combustion | |
CA1224939A (en) | Constant temperature heating value measurement apparatus | |
Sears et al. | Pressurized thermobalance apparatus for use in oxidizing atmospheres at high temperatures | |
Penther et al. | Semiautomatic thermal analysis apparatus | |
McCarter | A new technique for thermal analysis of vapor‐producing reactions | |
US2073249A (en) | Regulation of combustion | |
US2215498A (en) | Process for controlling vapor phase hydrocarbon reactions | |
RU2242751C1 (ru) | Газоанализатор водорода |