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Verfahren zur Bestimmung des Heizwertes von gasförmigen oder flüssigen
Brennstoffen und Kalorimeter zur Durdhführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Bestimmung des Heizwertes von gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen
und ein Kalorimeter zur Durchführung des Verfahrens.
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Bei dem Verfahren zur Bestimmung des Heizwertes gibt der Brennstoff
in einem Wärmeaustauscher über einen Brenner seine Verbrennungswärme an eine den
Austauscher passierende Wassermenge ab. Die Bestimmung des Heizwertes geschieht
in bekannter Weise durch Messung der Brennstoffmenge, der von der Brennstoffmenge
erwärmten Wassermenge und durch Messung der Temperaturdifferenz.
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Zur Durchführung dieses Verfahrens sind bereits Vorrichtungen bekanntgeworden,
bei denen das zu erwärmende Wasser zunächst dem Wärmeaustauscher zugeführt und anschließend
zur Verdrängung des Gases aus einem Gasbehälter benutzt wird. Hierbei sind jedoch
die dem Heizwertmesser zugeführten Gas- und Wassermengen einander gleich, so daß
nur mit einem Verhältnis von I: I zwischen Gas- und Wassermenge gearbeitet werden
kann. Dieses Verhältnis wirkt sich nachteilig aus bei schwachen Gasen mit geringem
Heizwert, da die sich im Heizwertmesser einstellende Temperaturdifferenz sehr gering
ist und daher nur schwierig und ungenau zu messen ist.
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Weiterhin ist ein Kalorimeter bekanntgeworden, bei dem die zum Wärmeaustauscher
bzw. zum Brenner gelangende, in ihrem Verhältnis von der Wassermenge unabhängige
Gasmenge durch eine Gasuhr gemessen wird. Die erforderliche Nacheichung der Gasuhr
vor jeder Heizwertbestimmung macht jedoch Schwierigkeiten, da die normalerweise
zur Verfügung stehenden Eichgeräte nicht genau genug sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die den bekannten Ausführungen
anhaftenden Nachteile vermieden.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst bis zur Erreichung
eines Beharrungszustandes im Wärmeaustauscher dem letzteren eine an sich beliebige
Brennstoffmenge unter Umgehung der zu seiner Messung dienenden Vorrichtung zugeführt
wird, worauf von der Brennstoffmenge ein meßbares Volumen abgezweigt und dem Brenner
unter gleichzeitiger Messung der durch die Verbrennung dieses Volumens erwärmten
Wassermenge zugeleitet wird.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein von Hand
betätigtes Kalorimeter benutzt, bei dem erfindungsgemäß zur Messung der Brennstoffmenge
ein Meßzylinder vorgesehen ist, dessen Meßmarken derart angeordnet sind, daß vor
Beginn der eigentlichen Messung dem Austauscher eine zur Vermeidung von Beharrungsschwankungen
ausreichende Brennstoffmenge aus dem Meßzylinder zugeführt wird.
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An dem unteren Ende des Meßzylinders ist ein von dem Wasserbehälter
für den Austauscher gespeistes Einlaufrohr angeordnet, während an dem oberen Ende
des Meßzylinders die Brennstoffleitung mit einer zum Brenner des Austauschers führenden
Ableitung angeschlossen ist.
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In der Brennstoffleitung ist oberhalb der zum Brenner führenden Ableitung
ein Absperrhahn angeordnet, der mit einem weiteren, in der zum Einlaufrohr führenden
Wasserleitung liegenden Absperrhahn derart gekuppelt ist, daß bei geschlossener
Stellung des Brennstoffhahnes der Wasserhahn die Zuleitung zum Einlaufrohr freigibt,
während bei Offenstellung des Brennstoffhahnes der Wasserhahn geschlossen ist und
die Zufuhr zum Einlaufrohr unterbricht.
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Um eine leichte und bequeme Eichung des Meßzylinders vor jeder Messung
zu ermöglichen, ist der Meßzylinder mit einem Ablaufhahn ausgestattet.
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Bei Inbetriebnahme des Kalorimeters wird der Brennstoffhahn geschlossen
und dadurch der Wasserhahn geöffnet. Der Meßzylinder wird über das Einlaufrohr mit
Wasser gefüllt, wobei die in ihm enthaltene Luft über die Brennstoffableitung durch
den Brenner entweicht. Ist der Meßzylinder vollkommen mit Wasser gefüllt, wird der
Brennstoffhahn geöffnet und damit der Wasserhahn geschlossen. Nunmehr strömt das
in seinem Heizwert zu bestimmende Gas durch den geöffneten Hahn und die zum Brenner
führende Ableitung in den Wärmeaustauscher. Diese Brennstoffzufuhr wird so lange
aufrechterhalten, bis in dem Austauscher derBeharrungszustand eingetreten ist. Dann
wird der Ablaufhahn des Meßzylinders geöffnet, wodurch das in diesem enthaltene
Wasser abläuft und aus der Brennstoffleitung Brennstoff angesaugt wird. Wenn der
Meßzylinder mit Brennstoff gefüllt ist, wird der Ablaufhahn geschlossen und der
Brennstoffhahn ebenfalls geschlossen. Damit wird die weitere Brennstoffzufuhr unterbrochen
und der Wasserhahn geöffnet, so daß der Unterseite des Meßzylinders Wasser zugeführt
wird. Der Brennstoff strömt nun ausschließlich aus dem Meßzylinder dem Brenner über
die Ableitung zu. Um die während des Ansaugens des Brennstoffes in den Meßzylinder
eingetretene Beharrungsschwankung auszugleichen, wird die Messung erst dann vorgenommen,
wenn der zwischen dem Boden des Meßzylinders und der ersten Meßmarke befindliche
Inhalt den Brenner passiert hat. Bei Erreichen der ersten Meßmarke wird das vom
Austauscher erwärmte Wasser aufgefangen, bis der Wasserspiegel die zweite Meßmarke
erreicht hat. Während dieser Zeit wird durch wiederholte Temperaturmessungen in
dem Wärmeaustauscher die mittlere Temperaturdifferenz bestimmt. Der Heizwert errechnet
sich dann nach der Formel: Wassermenge Temperaturoberer Heizwert = Wassermenge x
Temperatur-Gasmenge differenz.
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Bei Vornahme einer erneuten Messung wird in gleicher Weise wie vorher
beschrieben vorgegangen.
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Zwecks Eichung des Meßzylinders wird der Ablaufhahn geöffnet und
der in dem Einlaufrohr vorgesehene Absperrhahn geschlossen; aus dem Meßzylinder
wird die zwischen den Meßmarken enthaltene Wassermenge entnommen und in einem geeichten
Vergleichsgefäß bestimmt.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform der zur
Durchführung des Verfahrens dienenden Vorrichtung dargestellt, und es bedeutet Abb.
I eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kalorimeters, Abb. 2 eine
Darstellung der Betriebsstellungen der miteinander gekuppelten Absperrhähne.
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Das Gas, dessen Heizwert zu bestimmen ist, wird dem Kalorimeter über
die Zuleitung a und die Vorrichtung b zugeführt und gelangt zu einem Absperrhahn
c. Hinter dem Absperrhahn führt die Brennstoffleitung zu einem Meßzylinder d mit
den Meßmarken e.
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Am Boden des Meßzylinders d ist ein Ablaufhahn f angeordnet, durch
den die in dem Meßzylinder d enthaltene Flüssigkeit ablaufen kann. In dem Meßzylinder
d ist ein Thermometer x angeordnet zur Bestimmung der herrschenden Temperatur. Zwischen
dem Absperrhahn c und dem Meßzylinder d ist die Abzweigleitung v vorgesehen, die
zu dem Brenner t führt, der in dem Wärmeaustauscher m angeordnet ist. Dem Wärmeaustauscher
m wird das Wasser von dem Wasserbehälter k zugeführt, der den Überlauf I besitzt.
Von diesem Wasserbehälter aus durchlaufen konstante Wassermengen den Wärmeaustauscher
m, der mit zwei Thermometern n und o ausgestattet ist, durch die die Temperaturdifferenz
gemessen wird, die bei brennendem Brenner t entsteht. Das aus dem Wärmeaustauscher
m austretende Wasser gelangt über den Auslauf p und den Hahn q entweder über die
Leitung r zum Meßgefäß s oder bei anderer Stellung des Hahnes q zum Ablauf. Von
dem Wasserbehälter k führt eine weitere Leitung zu dem Absperrhahn h und von dort
über die Blende i zu einem Einlaufrohr g, das über den Absperrhahn w mit dem Boden
des Meßzylinders d in Verbindung steht.
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Die Absperrhähne c und h sind derart miteinander gekuppelt, so daß,
wie sich aus der Abb. 2 ergibt, bei der Offenstellung des einen Hahnes jeweils der
andere Hahn geschlossen ist.
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Bei Inbetriebnahme des Kalorimeters zur Durchführung einer Messung
werden zunächst die Hähne c, h
in die in Abb. 2 gezeigte Stellung
1 gebracht. Aus dem Behälter k strömt das Wasser über den Hahn h, das Überlaufrohr
g, den Absperrhahn w dem Meßzylinder d zu und verdrängt das in diesem enthaltene
Gas oder die Luft über die Leitung v und den Brenner t.
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Wenn der Meßzylinder d mit Wasser gefüllt ist, werden die Hähne c,
h in die in Abb. 2 gezeigte Stellung II gebracht. Die Wasserzufuhr zum Überlaufrohr
g wird unterbrochen und der Hahn c geöffnet, so daß das seinem Heizwert nach zu
bestimmende Gas durch den Hahn c über die Leitung v dem Brenner t zuströmt. Sobald
sich auf den Thermometern s und o ein Beharrungszustand abzeichnet, wird der Ablaufhahn
f geöffnet und das in dem Meßzylinder d und dem Überlaufrohr g befindliche Wasser
wird abgelassen. Hierbei wird aus der Brennstoffleitung der Brennstoff in den Meßzylinder
d hineingesaugt. Wenn der Meßzylinder d mit Brennstoff gefüllt ist, wird der Hahn
f geschlossen, ebenfalls wird der Hahn c geschlossen. Hierdurch wird der Hahn h
geöffnet, das Wasser strömt über das Auslaufrohr g dem Boden des Meßzylinders d
zu und verdrängt den in ihm enthaltenen Brennstoff durch die Leitung v zum Brenner
t.
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Wenn die untere Meßmarke e erreicht ist, wird der Hahn q in die in
Abb. I gezeigte Stellung gebracht und das aus dem Wärmeaustauscher m austretende
Wasser in dem Meßgefäß s aufgefangen. Wenn die obere Meßmarke e erreicht ist, wird
der Hahn q in die entgegengesetzte Stellung gebracht, wodurch das Wasser dem Ablauf
zuströmt. Da das zwischen den Meßmarken e befindliche Volumen feststeht, da weiterhin
die Temperaturdifferenz während der Messung abgelesen ist und da das während der
Messung aus dem Wärmeaustauscher ausgetretene Wasser in dem Meßgefäß s bestimmt
ist, läßt sich der Heizwert nach der vorstehend angegebenen Formel errechnen.
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Wenn der Meßzylinder d durch eine Eichung überprüft werden soll,
wird der Hahn w geschlossen, der Hahn f geöffnet und das Wasservolumen zwischen
den Meßmarken e in einem geeigneten Eichgefäß bestimmt.
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PATENTANSPROCHE: I. Verfahren zur Bestimmung des Heizwertes von gasförmigen
oder flüssigen Brennstoffen, wobei der Brennstoff in einem Wärmeaustauscher seine
Verbrennungswärme an eine den Austauscher passierende Wassermenge abgibt und bei
Vornahme der Messung seiner Menge nach bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
zunächst bis zur Erreichung eines Beharrungszustandes im Wärmeaustauscher dem letzteren
eine an sich beliebige Brennstoffmenge unter Umgehung der zu seiner Messung dienenden
Vorrichtung zugeführt wird, worauf von der Brennstoffmenge ein meßbares Volumen
abgezweigt und dem Brenner unter gleichzeitiger Messung der durch die Verbrennung
dieses Volumens erwärmten Wassermenge zugeleitet wird.