HUP0102222A2

HUP0102222A2 - Készülék és eljárás éghető gázok fűtőenergia tartalmának közvetlen méréséhez

Info

Publication number: HUP0102222A2
Application number: HU0102222A
Authority: HU
Inventors: Didier Domiinguez; Benoit Froelich
Original assignee: Schlumberger Industries, S.A.
Priority date: 1998-03-24
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2001-10-28
Also published as: EP1064533A1; US6536946B1; WO1999049299A1; CN1294680A; KR20010034643A; CA2324903A1; DE69919853D1; FR2776776B1; AU2844599A; PL343019A1; BR9908957A; ID27291A; HUP0102222A3; ES2228017T3; FR2776776A1; JP2002507740A; EP1064533B1; DE69919853T2

Abstract

A találmány olyan készülékre (10) vonatkozik, amellyel csőben (16)szállított éghető gáz fűtőértéke mérhető, amely egy, a csőben (16)áramló gáznak a P nyomás és T hőmérséklet állapota mellett a gáz Vtérfogatát mérő gázmérő készüléket (12) és egy, a gáz H fűtőértékénekmeghatározására szolgáló berendezést (14; 52) tartalmaz, és akészülékre az a jellemző, hogy a gáz H fűtőértékének meghatározásáraszolgáló említett berendezés (14; 52) legalább egy fizikai mennyiségetmér, amely a gáz egy adott térfogatában a gázt alkotó összetevőkmolekuláinak a számával arányos, a berendezés (14; 52) a gázmérőkészülék (12) közelében van elhelyezve, hogy a gáz H(P,T) fűtőértékétugyanolyan P nyomás és T hőmérséklet állapot mellett határozza meg,amilyennél a gáz V(P,T) térfogat mérése történik, és az említettkészülék (10) meghatározza a gáz H(P,T)V(P,T) fűtőenergia-tartalmát. Atalálmány tárgya még eljárásra is a csőben (16) szállított éghető gázfűtőenergia-tartalmának a mérésére, amelynek során megmérik a csőben(16) áramló gáz V térfogatát a gáz P nyomás és T hőmérséklet állapotamellett, és meghatározzák a gáz H fűtőértékét, és az eljárás során agáznak azon P nyomás és T hőmérséklet állapotai mellett, amelyekmellett megmérték a gáz V(P,T) térfogatát, megmérnek legalább egy, agázt alkotó összetevők egy adott térfogatban lévő molekuláinak aszámával arányos fizikai mennyiséget, ebből a mérésből közvetlenülkiszámítják az ugyanazon P nyomás és T hőmérséklet állapotok mellettiH P,T) fűtőértéket, és azután meghatározzák a gázban lévő H(P.T)V(P,T)energiát. Ó

Description

KÖZZÉTÉTELI pl PPíLApL· , _r ···:::

PÉLDÁNY _M/t -.:-:KÉSZÜLÉK ÉS ELJÁRÁS ÉGHETŐ GÁZOK HŐENERGIA

TARTALMÁNAK KÖZVETLEN MÉRÉSÉHEZ

A találmány tárgya egy csőben szállított éghető gáz hötermelő energia tartalmának közvetlen mérésére szolgáló készülékre vonatkozik, amely egy, az említett csőben áramló gáznak P nyomás és T hőmérséklet állapota melletti V térfogatát mérő gázmérő készüléket és egy, a gáz H fütöértékének a meghatározására szolgáló berendezést tartalmaz.

Különféle olyan eljárások és készülékek léteznek olyan, amelyeknek segítségével egy csőben szállított éghető gáz, például földgáz, hötermelő energia tartalma megmérhető.

A mérés céljára általában egy olyan mérő berendezés, például egy kromatográf vagy egy kaloriméter van elhelyezve egy adott ponton a csőben, és úgy alkalmazzák, hogy egy, az említett csőből vett és normál P_o nyomás és T_ohőmérséklet állapotra beállított gázmintából meghatározzák a gáz H fütőértékét.

A H fútőérték ennek megfelelően ezen állapotok mellett van meghatározva.

Egy gázmérő készülék, amely a csőnek egy másik pontjánál, lényegében az előbbi berendezéshez képest az áramlás irányában van elhelyezve, az említett csőben áramló gáz V térfogatát méri a P nyomás és T hőmérséklet állapot mellett annál a pontnál, ahol a térfogat mérése végre lett hajtva.

Ezenkívül egy további olyan berendezés, amely a P nyomás és a T hőmérséklet és néhány esetben az összenyomhatósági együttható helyesbítésére szolgál, és a gázmérő készülékhez van hozzárögzítve, a gáznak P nyomás és T hőmérséklet állapotok mellett mért V térfogatát egy V_o térfogatra transzformálja, amely normál P_o nyomás és T_o hőmérséklet állapotokhoz van beállítva.

A V térfogat ezen korrekciójának a végrehajtásához egy nyomásérzékelö eszközre és egy hőmérsékletérzékelő eszközre van szükség.

92975-5435 KK

A gázban lévő hőtermelö energia tartalom ennek megfelelően a H.V₀szorzattal lesz egyenlő.

Mindazonáltal ennek az ismert és a, gáz hőtermelő energiájának méréséhez alkalmas műszaki megoldásnak számos hátránya van. Az egyik ilyen hátrány, hogy , a fűtőérték mérésére szolgáló berendezésen (kromatográf, kaloriméter...) kívül további a nyomás és hőmérséklet értékét korrigáló berendezésnek, valamint egy hőmérsékletérzékelő eszköznek és egy nyomásérzékelő eszköznek az alkalmazását teszi szükségessé, amely adott esetben komoly költségekkel járhat.

Következésképpen hasznos lenne, ha az éghető gáz hőtermelö energiáját egy olyan eljárást alkalmazva lehetne megmérni, amely egyszerűbb mint a korábbi eljárások és az azokat megvalósító berendezések.

A találmány célja ennek megfelelően egy olyan eljárás és készülék kidolgozása, amely alkalmas egy csőben továbbított éghető gáz hőtermelő energia tartalmának közvetlen méréséhez. Maga a készülék egy, az említett csőben áramló gáznak a P nyomás és T hőmérséklet állapota mellett a gáz V térfogatát mérő gázmérő készüléket és egy, a gáz H fútöértékének meghatározására szolgáló berendezést tartalmaz, és a készülék lényege abban van, hogy a gáz H fűtőértékének meghatározására szolgáló említett berendezés legalább egy olyan fizikai mennyiséget mér, amely a gáz egy adott térfogatában a gáz különböző összetevői molekuláinak a számával arányos, maga a berendezés a gázmérő készülék közelében van elhelyezve, így biztosítva, hogy a gáz H(P,T) fűtőértékét ugyanolyan P nyomás és T hőmérséklet állapot mellett határozza meg, amilyennél a gáz V(P,T) térfogat mérése történik, és az említett készülék meghatározza a gáz H(P,T)V(P,T) hőtermelő energiáját.

A találmány szerint készülék szükségtelenné teszi a nyomás és hőmérséklet korrigáló berendezés alkalmazását és ennek megfelelően már nincs szükség a nyomás és a hőmérséklet mérésére gáz fűtőértékének a meghatározásához.

Erre azért van lehetőség, mert egyfelől a fűtőérték meghatározása az áramló gázt továbbító cső egy olyan pontjánál van végrehajtva, ahol a gáz térfogata ugyanazon hőmérséklet és nyomás állapotok mellett mérve van, és másfelől egy olyan fizikai mennyiség mérését végezzük el, amely arányos a gáznak egy adott térfogatban lévő különböző összetevőivel.

Egy adott fizikai mennyiség mérése közvetlenül adja meg egy adott térfogatban egy adott nyomáson és hőmérsékleten jelenlévő molekulák számát.

Ha a nyomás vagy a hőmérséklet megváltozik, úgy az egy adott V térfogatban lévő molekulák száma az n = PV/ZRT képlet szerint változik meg, ahol Z a gáz összenyomhatósági együtthatója, az R a Boltzmann-féle állandó, és a fizikai mennyiség is ugyanilyen arányban változik.

Következésképpen ez a fizikai mennyiség a gáz különböző összetevői molekuláinak a számát a nyomástól és a hőmérséklettől függetlenül méri. Előnyösen az a fizikai mennyiség, amelyet mérni lehet, az elektromágneses sugárzás abszorpciója legalább egy, a gázban nagy mértékben jelenlévő egheto összetevő által az említett sugárzásnak legalább egy hullámhosszán.

A berendezés ezután ebből az abszorpciói mérésből számítja ki a fűtőértéket.

Emellett ennek a speciális fizikai mennyiségnek a kiválasztása azért nagyon hasznos, mivel nem teszi szükségessé a mérő elemnek az érintkezést a gázzal.

Különösen kedvező az olyan sugárzásnak, és a sugárzáson belül egy olyan hullámhossz tartománynak a kiválasztása, amelyet a természetben előforduló gázok (N₂, O₂, CO2) nem nyelnek el, mivel az ilyen összetevők nem járulnak hozzá a gáz fűtöértékéhez semmilyen módon.

Ilyen gáz például az N₂ és O₂ összetevő, amely nem nyelődik el az infravörös tartományban és a CO₂ összetevő nem nyel el az infravörös tartomány egy zónájában.

Ezért különösen előnyös ennek a fizikai mennyiségnek az alkalmazása, mivel lehetővé teszi, hogy csak azokkal az összetevőkkel kelljen foglalkozni, amelyek hozzájárulnak a gáz fűtöértékéhez, ami összehasonlíthatatlanul egyszerűbb, mint néhány különböző mennyiség mérése.

A gáz összetételétől és a fűtőértékre vonatkozóan megkívánt pontosság mértékétől függően elegendő lehet csak azokkal az egheto összetevőkkel foglalkozni, amelyek nagyobb arányban vannak jelen a gázban, például a metán vagy az etán vagy a propán vagy a bután vagy a pentán.

A fűtőérték mérési pontosságának növelése érdekében a gáz fútőértékének a meghatározásához alkalmazott berendezés, az elektromágneses sugárzásnak a gázban jelenlévő más éghető összetevők által történő abszorpcióét méri.

így a földgáznál a gázban a legnagyobb mennyiségben jelenlévő éghető összetevőnek, például a metánnak a mérése mellett kiegészítésképpen az etán, propán, bután és pentán közül kiválasztott, kis mennyiségben jelenlevő egy vagy több másik éghető összetevő abszorpciós képességét lehet mérni.

A különböző sugárzási hullámhossz értéket vagy értékeket úgy lehet kiválasztani, hogy mindegyik hullámhossz a gáz egyetlen éghető összetevője által vagy ezek közül néhány által nyelődik el.

Még pontosabban, a gáz fűtöértékének meghatározására szolgáló készülék a gáz áramlásnak legalább egy tartományában

- legalább egy, a gáz áramlásának az említett tartományán keresztül elektromágneses sugárzást kibocsátó sugárforrást,

- egy, az említett sugárzás szűrésére szolgáló szűrőkészüléket,

- egy, a megfelelő hullámhossz(ak)on a gáz éghető összetevö(i) által abszorpcióval gyengített sugárzás mérése, említett sugárzást mérő, és ennek a sugárzásnak mindegyik szóban forgó hullámhosszához egy jellemző elektromos jelet előállító érzékelő eszközt és

- egy, a gáz fűtőértékét valamint H(P,T)V(P,T) hőtermelő energiáját kiszámító elektronikus eszközt tartalmaz.

A sugárzás szűrésére szolgáló szűrőkészülék egy (vagy több), egy-egy sugárzási hullámhosszhoz alkalmazott interferenciaszűröt tartalmazhat, ahol minden egyes hullámhosszon az említett gáz legalább egyik összetevője abszorpciót mutat.

Egy másik lehetőség szerint a sugárzás szűrésére szolgáló szűrőkészülék elektromosan hangolható egy, legalább egy olyan hullámhosszt tartalmazó hullámhossz tartományra, amely hullámhosszra az említett gáz összetevő(k) abszorpciót mutat(nak).

A kiválasztott elektromágneses sugárzás lehet például az infravörös tartományban elhelyezkedő hullámhossz.

A hullámhossz tartomány célszerűen olyan hullámhossza(ka)t értéket tartalmaz, amelyekhez az említett gáz összetevő(k) 1 - 12 pm között mutatnak abszorpciót.

Amikor a gáz legfőbb összetevője a metán, úgy célszerű a mérést például egy 1,6 -1,3 pm közötti hullámhossz tartományra lehet koncentrálni.

A találmány tárgya továbbá eljárás is egy csőben szállított éghető gáz hőtermelő energia tartalmának a méréséhez, amely eljárás során megmérjük az említett csőben keringő gáz V térfogatát a gáz adott P nyomása és T hőmérséklete mellett, és meghatározzuk a gáz H fűtőértékét.

Az eljárásnak az a lényege, hogy a gáznak azon P nyomás és T hőmérséklet állapotai mellett, amelyek mellett megmértük a gáz V(P,T) térfogatát, megmérünk még legalább egy, a gáz különböző összetevői egy adott térfogatban lévő molekuláinak a számával arányos fizikai mennyiséget, ebből a mérésből közvetlenül kiszámítjuk az ugyanazon P nyomás és T hőmérséklet állapotok melletti H(P,T) fűtöértéket, és azután meghatározzuk a gázban lévő H(P.T)V(P,T) hötermelő energiát.

Még pontosabban, a találmány szerinti eljárás során megmérünk egy olyan fizikai mennyiséget, amely az elektromágneses sugárzásnak a gázban nagy arányban jelenlévő legalább egy éghető összetevő által történő abszorpciója következtében változik az említett sugárzás különböző hullámhosszain.

A találmány szerinti eljárás tartalmazhat olyan eljárási lépést is, amikor megmérjük az elektromágneses sugárzásnak a gázban jelenlévő éghető összetevők által történő abszorpcióét a sugárzás különböző hullámhosszain.

A találmány szerinti eljárás során az elektromágneses sugárzás egyes hullámhossz értékeit úgy választjuk ki, hogy mindegyik hullámhossz egy egyetlen vagy néhány a gázban lévő éghető összetevő által nyelődik el.

Pontosabban, a találmány szerinti eljárás során

·..· ··:· ·τ ···”

- elektromágneses sugárzást bocsátunk ki az áramló gáz legalább egy tartományán keresztül,

- ezt a sugárzást szűrjük,

- a sugárzásnak az említett, a gáz adott éghető összetevő(i) által történő abszorpciója következtében a megfelelő hullámhossz(ak)nál gyengített sugárzást mérjük, és egy, erre a sugárzásra mindegyik szóban forgó hullámhosszhoz jellemző elektromos jelet állítunk elő,

- és a jelből vagy jelekből meghatározzuk a gáz fűtőértékét és a gázban lévő H(P,T)V(P,T) hötermelő energiát.

Az elektromágneses sugárzást úgy választjuk ki, hogy a természetben előforduló gázok (N₂, O₂, CO₂) ne nyeljék el ezt a sugárzást.

Az optikai sugárzást az infravörös tartományban választjuk ki.

A találmány további jellemzői és előnyei egy kiviteli alaknak a mellékelt rajzokra utaló leírásból tűnnek ki, ahol az

1. ábra a találmány szerinti, hőtermelő energiát mérő készülék általános képe, a

2a . ábra a berendezést alkotó különböző elemek egyszerűsített blokkvázlatát mutatja, a

2b . ábra három különböző hullámhossz értékhez tartozó egyedi abszorpciós, sugarak diagramszerű megjelenítését, a

2c . ábra a különböző éghető összetevők három, A, B és C abszorpciós spektrumának és három különböző hullámhosszhoz viszonyított relatív helyzetüknek diagramszerú megjelenítése, a

3. ábra egy elektronikusan hangolható szűrő vázlatos képe, végül a

4. ábra a berendezés egy változatának a képe.

Ahogy az 1. ábrán látható, az éghető gázok, például a földgáz energiatartalmának mérésére szolgáló, általános jelölésben 10 készülék egy 12 gázmérő készüléket és egy 14 berendezést tartalmaz egy gáz H fütöértékének a meghatározásához.

·..· ··;· ·τ ··/·

Az 1. ábrán nyíllal jelöl G gázáramot egy 16 cső szállítja, amelybe be van építve a 10 készülék.

A 12 gázmérő készülék egy olyan mérőegységet tartalmaz, amely ismert típusú folyadék oszcillátorból áll, és a WO - 97/35.116. sz. nemzetközi közzétételi iratból ismerhető meg részletesebben.

Az oszcillátornak egy 18 tartománya van, amely egy 20 kamrát zár magába, ahol egy 22 gát van elhelyezve, valamint egy 24 belépőnyílás és egy 26 kilépönyílás van kialakítva azért, hogy lehetővé tegye a G gázáramnak a belépését az említett 20 kamrába és a kilépését ebből.

A 24 belépőnyílás egy, a 2. ábra síkjára merőleges, a hosszához viszonyítva keskeny résként van kialakítva azért, hogy egy olyan gázsugarat hozzon létre, amely a 20 kamrában oszcillál. Két, 28 és 30 hőmérséklet érzékelő eszköz (az 1. ábrán kis körökkel van jelölve) észleli a gázsugár oszcillálásának a frekvenciáját. Ez a folyadék oszcillátor a WO - 97/35.116. sz. szabadalmi leírásban adott ismertetés szerint működik.

Meg kell jegyezni, hogy ehelyett a 12 gázmérő készülék helyett bármilyen típusú gázmérő készülék alkalmazható a jelen találmány céljainak elérése érdekében.

Például adott esetben forgó térfogat-kiszorításos vagy deformálható ventillátoros gázmérő készüléket, vagy akár egy olyan mérőkészüléket is lehet itt alkalmazni, amely egy akusztikus hullám terjedési ideje mérésének az elvén alapul, ahol az akusztikus hullám legalább két akusztikus jelátalakító között az áramlásba van kibocsátva.

A 12 gázmérő készülék a gáz V térfogatát méri a 16 csőben lévő gáz P nyomás és T hőmérséklet adott értéke mellett. A 14 berendezés, amennyiben lehetséges, a mérőegységen belül a 12 gázmérő készülékhez a lehető legközelebb van elhelyezve úgy, hogy ezzel a 14 berendezéssel a H fűtőértéket egyenesen ugyanazon P nyomás és T hőmérséklet állapot mellet lehet meghatározni, amilyen mellett a gáz térfogatának a mérése végre lett hajtva.

Ilymódon gáz hőenergiáját vagy égési entalpiáját a két, V(P,T) és H(P,T) mérési eredmény összeszorzása adja meg anélkül, hogy a V értéket előzetesen

·..· ··:· ··:· ··/· helyesbíteni kellene a P nyomásnak és a T hőmérsékletnek megfelelően. A 14 berendezés a H(P,T) fűtőértéket egyenesen a 16 csőben áramló gáz P nyomás és T hőmérséklet állapota mellet határozhatja meg. Ez azért lehetséges, mert a 14 berendezés legalább egy olyan fizikai mennyiséget mér, amely arányos a gáz különböző összetevőinek egy adott térfogatban lévő molekulái számával, és ezt, a molekulákra vonatkozó mérést végre lehet hajtani a P nyomás és a T hőmérséklet mellett.

Ismert egy olyan eljárás például az EP - 95308501.6. sz. bejelentési iratból, ahol a hőenergiának a meghatározásához négy fizikai mennyiségnek, a sűrűségnek, a hangsebességnek, a hővezető képességnek és a viszkozitásnak a mérésére van szükség.

A fűtőérték meghatározásához alkalmas eljárást előnyösen jelentősen le lehet egyszerűsíteni olymódon, hogy kiválasztjuk az egyetlen fizikai mennyiségként, amely egy gáz éghető összetevőinek a tulajdonsága, az elektromágneses sugárzás abszorpciója ennek a sugárzásnak legalább egy hullámhosszán.

Ebben az esetben a méréshez nincs szükség arra, hogy a mérő eszközt a gázzal érintkezésbe hozzuk, és a fűtőérték meghatározására szolgáló 14 berendezést közvetlenül a 16 csőbe lehet beépíteni anélkül, hogy az bármilyen módon megzavarná a gáz áramlását.

Ahogy az 1. és 2a. ábrán látható, ez a 14 berendezés egy elektromágneses 32 sugárforrást tartalmaz, amely olyan sugárzást bocsát ki a G gázáram egy 34 szakaszán keresztül, amelyet az említett 32 sugárforrás kimeneti sugara határoz meg.

A 32 sugárforrás a 16 cső egyik oldalára van rögzítve.

A 14 berendezés a 16 cső ellenkező oldalán egy 36 egységet tartalmaz, amely egyrészt egy 38 szűrőkészülékből, másrészt egy 45 érzékelő eszközből áll, ahol a 38 szűrőkészülék a gáz éghető összetevői által kiváltott abszorpcióval gyengített sugárzást szűri, a 45 érzékelő eszköz pedig a gyengített és szűrt sugárzást észleli.

Meg kell jegyezni, hogy egy változatként a 38 szűrőkészüléket a 32 sugárforrásnak ugyanazon az oldalán is lehet rögzíteni.

:

A 38 szűrőkészülék egy vagy több hagyományos interferenciaszűrőt ’ tartalmazhat, mindegyik interferenciaszűrőt egy egyedi hullámhosszhoz illesztve.

Egyetlen szűrőt lehet alkalmazni akkor, amikor a gáz főként vagy eppen kizárólag metánt és egy kevés természetben előforduló gázt tartalmaz. A szúró azután úgy van beállítva, hogy a sugárzást a metán abszorpciójára jellemező hullámhossz tartományban szűrje.

Mindazonáltal a legtöbb esetben különböző szűröket alkalmaznak, vagy mert a kis mennyiségben jelenlévő más éghető összetevők abszorpcióját is meg keli mérni azért, hogy a fűtőérték nagyon pontos értékelését lehessen elérni, vagy mert a gázban más éghető összetevők is jelen vannak, amelyek meghatarozoan hozzájárulnak a fűtőértékhez, és ha ezeket nem vennék számrtasba, az teljesen helytelen fűtőértéket adna.

Mindegyik szűrők más-más sugárzási hullámhosszhoz van beállítva.. A különböző hullámhossz értékeket, például a λ,, U hullámhosszt úgy lehet kiválasztani, hogy mindegyik λ„ λ₂, λ₃ hullámhossz egyetlen egheto összetevő (2 ábra) spektrumának vagy a különböző összetevők (2c. ábra) spektrumának feleljen meg. Egyszerűbb az első esetet választani, mivel a megfelelő összetevők abszorpcióját közvetlenül meg lehet kapni a 45 érzékelő eszközzel.

A második esetben, amelyet három különböző éghető összetevő A. B illetve C spektrumával a 2c. ábra mutat be, a mért abszorpció a szobán forgo hullámhossznál (λ„ Az. Μ összes összetevő hozzajarulasanak a függvénye, és ennek megfelelően egy egyenletrendszert kell megoldani, ahol az ismeretlenek a különböző összetevők egységnyi térfogatonként! molszama nyomásnál és T hőmérsékletnél.

Fontos azt is biztosítani, hogy a hullámhosszak úgy legyenek kiválasztva, hogy önálló információkat lehessen kapni az egyes összetevőkre vonatkozóan mindegyik hullámhosszon.

Egyébként az egyenletrendszert nem lehet megoldani.

Ezek a szűrőket például egy motorral hajtott forgó tengelyen rögzített hengerbe lehet beépíteni.

> ’ *·«· **j· ·'»·

Egyszerűsíteni lehet a 14 berendezést, ha az interferenciaszűrök helyett olyan 38 szűrőkészüléket is alkalmazunk, amely elektromosan hangolható egy olyan hullámhossz tartományon belül, amely mindazokat a hullámhossz(aka)t is tartalmazza, amelyeknél az összetevő(k) sugárzást nyel(nek) el.

A kiválasztott elektromágneses sugárzást a hiperfrekvencia tartományban vagy például az optikai tartományban lehet elhelyezni. Az optikai hullámhossz tartományban ez az ultraibolya vagy infravörös sugárzás lehet.

Pontosabban az optikai sugárzás infravörös típusú, különös figyelmet fordítva az infravörös spektrumnak arra a részére, amelyben az N₂, O₂ és CO₂ összetevők nem mutatnak abszorpciót.

A 32 sugárforrás például egy szélessávú forrás, amely egy wolfram szálból áll.

A 38 szűrőkészüléket például egy 3,2 - 3,6 pm közötti hullámhossz tartományra lehet hangolni.

Egy ilyen 38 szűrőkészüléket mutat be a 3. ábra, és ismertet részletesebben az EP - 0.608.049. sz. szabadalmi leírás. Ez a 38 szűrőkészülék, amely például mikro megmunkálással előállított szilíciumból áll, egy 40 rögzített elektródát tartalmaz, amely egy támaszként van kialakítva, és egy 42 mozgó elektródát, és a két 40 rögzített elektróda és a 42 mozgó elektróda egymástól adott e₀ távolságra vannak elkülönítve egymástól, ahol az e₀ távolság annak a helyzetnek felel meg, amelyben a 42 mozgó elektróda nincs deformálva.

Ebben a helyzetben, amelyet nyugalmi helyzetnek nevezünk, a 3. ábrán nyíllal jelzett R sugárzás a 2e₀ távolsággal egyenlő λ₀ hullámhosszra (és ennek a hullámhossznak a felharmonikusaira) van szűrve.

A 22 feszültségforrás hozzá van kötve a 20 mozgó elektródához és a 18 rögzített elektródához, és ha feszültség van ráadva (3b. ábra), az deformálja a 20 mozgó elektródát, amely közelebb kerül a 18 rögzített elektródához.

Egy 44 feszültségforrás rá van kötve a 42 mozgó elektródára és a 40 rögzített elektródára, és amikor feszültség van ráadva, az deformálja a 42 mozgó elektródát, amely közelebb kerül a 40 rögzített elektródához. A 40 rögzített elektróda és a 42 mozgó elektróda közötti távolság e, távolságra (e,< e„) csökken, és a sugárzás ezután a 2e, távolsággal egyenlő λ, hullámhosszra van megszűrve. nymodon a 38 szűrőkészülék különböző elektromos feszültség értékekhez tartozó különböző λ hullámhosszakra van hangolva.

Ahogy a 2. ábrán látható, a 36 egység egy szélessávú 45 érzékelő készüléket is tartalmaz amilyen például egy bolométer, egy hőelem vagy egy fotodióda.

A gázt és a 38 szűrőkészüléket keresztező infravörös sugárzásban lévő energiát a 45 érzékelő készülék fogadja, és egy, erre a sugárzásra jellemző elektromos jellé alakítja át.

Az elektromos jelet ezután egy 46 átalakító felerősíti és egy numerikus jellé alakítja át, azután a 48 elektronikus eszközbe juttatja.

A 38 szűrőkészülék szabályozására és a különböző hullámhosszak kiválasztására egy 50 analóg numerikus átalakító van felhasználva.

Példaképpen legyen a gáz földgáz, amelynek az összetevői az alábbiakban vannak megadva a megfelelő kJ/mol-ban megadott fűtőértékekkel együtt:

metán	89,5 %	891,09
etán	5 %	1561,13
propán	1 %	2220.13
bután	0,6 %	2873,97
pentán	0,3 %	3527,8
természetben előforduló gázok	3,6 %

A hullámhosszak a korábban leírt és meghatározott módon például a következők szerint vannak kiválasztva:

λι = 3,2 pm λ₂ = 3,3 pm λ₃= 3,4 pm λ₄ = 3,5 pm λ₅ = 3,6 pm

Ezek a hullámhosszak olyanok, hogy mindegyiküknek megfelel a különböző éghető összetevők valamelyik.

Egy ismert értékű, például 20 V-tal egyenlő V feszültségnek a 38 szűrőkészülékre rákapcsolásával a 38 szűrőkészülék egy λι hullámhosszra hangolódik, és a 45 érzékelő eszköz egy Si(V)-nek megfelelő elektromos jelet ad:

Si(V) = fE(Á)*gáz(X,Xi)>>f(Á,V)Sd(Á)dX ahol

Ε(λ) a 32 sugárforrás által kibocsátott fényintenzitást jelöli és

0gáz(Á,Xi) = exp(-LZoci(X).Xi) az ennél a hullámhossznál jelenlevő összes gáznemű éghető összetevőnek köszönhető színképi reagálást jelöli,

L jelöli az optikai pálya hosszát a gázban,

Xi jelöli az i éghető összetevő térfogat-egységenkénti molszámát P nyomásnál ésT hőmérsékletnél, _a. jelöli az i éghető összetevő abszorpciós együtthatóját, és a hullámhossztól, a nyomástól és a hőmérséklettől függ,

9f(X,V) jelöli a 38 szűrőkészülék miatti optikai átvitelt és Sd jelöli a 45 érzékelő készülék színképi reagálását.

A 38 szűrőkészüléknek a különböző Vi - V₅ feszültség értékekhez tartozó különböző λ! - λ₅ hullámhosszakra hangolásával Si(V-i) - S₅(V₅) értékeket lehet mérni. Az A elnyelőképesség a következőképpen van meghatározva:

A(V) = Ln(1/S(V)), ahol

Ln a természetes logaritmust jelöli, és a következő öt egyenletrendszer kapható meg:

Ai(Ví) = anXi + a₂iX2 +... + 351X5

A₂(V₂) = a₁₂Xi + 322X2 +.+ 852X5 .· • · · ·

As(Vs) ⁼ 815X1 + 825X2 *··· + 355^5 ahol az ay kifejezés az i összetevőtől és a 14 berendezéstől függ.

Mielőtt a találmányt ismeretlen összetételű földgázhoz alkalmazzák, egy előzetes kalibrálási lépést hajtanak végre a laboratóriumban úgy, hogy a 14 berendezésbe olyan összetevőkből álló különböző gázokat juttatnak be, amely összetevőknek ismert az x, térfogat-egységenkénti molszáma adott T hőmérséklet és P nyomás értékeknél.

Mindegyik ismert összetételű gázhoz a V, (i = 1, ...., 5) feszültségeket egymás után a 38 szűrőkészülékre alkalmazzák úgy, hogy a színképátvitele λι (i = 1, ..., 5) hullámhosszra hangolódik és a 45 érzékelő készülék mindegyik VAi párhoz egy Sii(Vj) értéket biztosít.

Ily módon egy öt egyenletből álló egyenletrendszer kapható az első gázhoz:

An(Vi) — auXi + ... + 351X5

Asi(Vs) = 815X1 + ... + 855X5 ahol Xi(i = 1, ..., 5) ismert, és az ay kifejezés ismeretlen.

Négy további, ismert összetételű gáznak a 14 berendezésbe juttatásával tizenkét további egyenletet lehet megkapni ugyanazzal az ay kifejezéssel, mint az előbbiekben.

Ez lehetővé teszi a következő egyenletrendszer megoldását az ismert matematikai módszerek segítségével, például lineáris egyenlet megoldási eljárással, ahol az ismeretlenek az ay együtthatók:

[Aj] = [8ij][Xi] k=1_____5 k=1.....5 ahol a (k) indexek azonosítják az ismert szóban forgó gáz keverékeket.

A hagyományos matematikai inverz eljárás alkalmazásával átalakítva a[ay] mátrixot, a következő rendszer kapható:

[xi] = [aij]'¹[Aj] = [bij][Aj] x= 1.....5 i = 1, ... 5 i = 1, .... 5 j = 1.....5 i = 1.....5 i = 1.....5 j = 1.....5

Ily módon az x. értékek az x, = Σ by Aj (V) képlettel vannak megadva.

) = 1.....5

Az egyetlen teendő a kalibrálás alatt kiszámított by adatnak a bejuttatása a 48 elektronikus eszköz memóriájába, és amikor ismeretlen összetételű és ennek megfelelően ismeretlen fútőértékű földgázt szállít a 16 cső, a különböző Aj(V) értékeket a megfelelő feszültség értékekhez elért különböző szűrő hullámhosszakhoz mérik, és ezekből könnyen le lehet vezetni az x, kifejezést. A gáz H(P,T) fűtőértéke a

ΣΧίΗι i = 1 5 képlettel van megadva, ahol Ház i összetevő fűtőértékét jelöli J/mol-ban.

Következésképpen mihelyt megtörtént az Xi kifejezés meghatározása, a H(P,T) fűtőértéket közvetlenül meg lehet kapni.

A H(P,T)V(P,T) hőenergiát ezután le lehet vezetni az előbbi információkból.

Az 1. ábrán látható, hőenergia meghatározásához használt, általános jelölésben 52 berendezést is el lehet helyezni például a 20 kamrához képest áramlási irányban

Ez az 52 berendezés a 14 berendezéshez hasonlóan egy 54 sugárforrást, egy 56 szűrőkészüléket és érzékelő eszközt valamint egy, az 54 sugárforrás és az 56 szűrőkészülék és érzékelő eszköz között elhelyezett, gázzal töltött 58 kamrát tartalmaz.

Az 52 berendezés a 16 csőre van rögzítve két 60, 62 csatlakozóelem segítségével, amelyek lehetővé teszik, hogy a G gázáramból valamennyi átkerüljön az 58 kamrába, illetve visszatérjen az említett 16 csőbe. A 60 csatlakozóelem el van látva egy olyan zónával, amely a 16 csőbe nyílik, a 16 cső falától egy bizonyos távolságra azért, hogy végrehajtsa a mintavételét a gáznak, amelynek az összetétele a G gázáram jellemzője.

Az 52 berendezés beépítése előnyös, mivel mindkét, 60 és 62 csatlakozóelemen két elzáró szelep van, amely könnyebbé teszi az említett 52 berendezés eltávolítását például karbantartás céljából anélkül, hogy a 16 csőben a gáz keringetését le kellene állítani, és ennek megfelelően folytatva a V(P,T) gáztérfogat mérését.

A 4. ábra a fűtőérték meghatározására szolgáló 63 berendezés egy változatát mutatja be, amelyben a 64 sugárforrás és a 66 szűrőkészülék és érzékelő eszköz az említett 63 berendezésnek ugyanazon az oldalán van elhelyezve.

A 63 berendezés szemközti oldalán egy 68 tükör, például egy gömbfelületü tükör van elhelyezve azért, hogy visszaverje a 64 sugárforrás által kibocsátott sugárzást a 66 szűrőkészülék és érzékelő eszközre. Egyfelől a 68 tükör, másfelől a 64 sugárforrás és a 66 szűrőkészülék és érzékelő eszköz között egy gázzal töltött 70 kamra van el elhelyezve.

Két, 72 és 74 csatlakozóelem áll rendelkezésre a gáz bejuttatásához a 70 kamrába és eltávolításához abból.

Ezt a 63 berendezést is közvetlenül lehet rögzíteni ugyanolyan módon, mint az 52 berendezést az 1. ábrán.

Emellett mérlegelni lehet ennek a 63 berendezésnek az elhelyezését a 14 berendezéshez hasonló módon a 70 kamra és a 72 és 74 csatlakozóelem elhagyásával, mivel a G gázáram a 16 csőben a 68 tükör valamint a 64 sugárforrás és a 66 szűrőkészülék és érzékelő eszköz között fog áramlani.

A 63 berendezés egy másik pontnál is beépíthető a folyadék oszcillátorként működő 20 kamrába, és például függőlegesen a rést alkotó 24 belépőnyíláshoz képest

Claims

Szabadalmi igénypontok

1 .) Készülék (10) egy csőben (16) szállított éghető gáz hőtermelő energia tartalmának a méréséhez, amely egy, a csőben (16) keringő gáznak adott nyomás (P) és hőmérséklet (T) állapota mellett a gáz térfogatát (V) mérő gázmérő készüléket (12) és egy, a gáz fűtőértékének (H) meghatározására kiképezett berendezést (14; 52; 63) tartalmaz azzal jellemezve, hogy a gáz fűtőértékének (H) meghatározására szolgáló berendezés (14; 52; 63) legalább egy olyan fizikai mennyiséget mérőén van kiképezve, amely a gáz egy adott térfogatában a gáz különböző összetevői molekuláinak a számával arányos, a berendezés (14; 52; 63) a gázmérő készülék (12) közelében van elhelyezve, hogy a gáz H(P,T) fűtőértékét ugyanolyan nyomás (P) és hőmérséklet (T) állapot mellett határozza meg, amilyennél a gáz V(P,T) térfogat mérése történik, és a készülék (10) meghatározza a gáz H(P,T)V(P,T) hőtermelő energiáját.
2 .) Az 1. igénypont szerinti készülék azzal jellemezve, hogy a gáz H(P,T) fűtőértékének meghatározására szolgáló berendezés (14; 52; 63) egy olyan fizikai mennyiséget mér, amely elektromágneses sugárzásnak legalább egy, a gázban nagy arányban jelen levő éghető összetevő általi abszorpciója az elektromágneses sugárzás legalább egy hullámhosszánál, és a berendezés (14; 52, 63) ebből az abszorpciós mérésből kiszámítja a H fűtőértéket.
3 .) Az 1. vagy 2. igénypont szerinti készülék azzal jellemezve, hogy a gáz H(P,T) fútöértékének meghatározására szolgáló berendezés (14; 52; 63) az elektromágneses sugárzásnak a gázban jelen levő más éghető összetevők általi abszorpcióját méri az elektromágneses sugárzás különböző hullámhosszainál.
4 .) Az 1. - 3. igénypontok bármelyike szerinti készülék azzal jellemezve, hogy a különböző elektromágneses sugárzás hullámhosszak úgy vannak kiválasztva, hogy mindegyik hullámhossz megfelel az egyetlen éghető összetevő által nyújtott hozzájárulásnak.
5 .) Az 1. - 3. igénypontok bármelyike szerinti készülék azzal jellemezve, hogy minden elektromágneses sugárzás hullámhossz a különböző éghető összetevők által nyújtott hozzájárulásnak felel meg.
6 .) Az 1. - 5. igénypontok bármelyike szerinti készülék azzal jellemezve, hogy a gáz H(P,T) fűtőértékének meghatározására szolgáló készülék (10) a gáz áramlásnak legalább egy tartománya felett

- legalább egy, a gáz áramlásának a tartományán keresztül elektromágneses sugárzást kibocsátó sugárforrást (32; 54; 64),

- egy, a sugárzás szűrésére szolgáló szűrőkészüléket (38; 56; 66),

- egy, θ gáz éghető összetevő(i) következtében a megfelelő hullámhossz(ak)hoz abszorpcióval gyengített, sugárzást észlelő, és ennek a sugárzásnak mindegyik szóban forgó hullámhosszához egy jellemző elektromos jelet előállító érzékelő eszközt (45; 56; 66) és

- egy, a gáz fűtőértékét valamint H(P,T)V(P,T) hőtermelő energiáját kiszámító elektronikus eszközt (48) tartalmaz.
7 .) Az 1. - 6. igénypontok bármelyike szerinti készülék azzal jellemezve, hogy a sugárzás szűrésére szolgáló szűrőkészülék (38; 56; 66) egy (vagy több), egy-egy sugárzási hullámhosszhoz alkalmazott interferenciaszűröt tartalmazhat, ahol minden egyes hullámhosszon a gáz legalább egyik összetevője abszorpciót mutat.
8 .) Az 1. - 6. igénypontok bármelyike szerinti készülék azzal jellemezve, hogy a sugárzás szűrésére szolgáló szűrőkészülék (38) elektromosan hangolható egy, legalább egy olyan hullámhosszt tartalmazó hullámhossz tartományra, amely hullámhosszon a gáz összetevő(k) abszorpciót mutat(nak).
9 .) Az 1. - 8. igénypontok bármelyike szerinti készülék azzal jellemezve, hogy az elektromágneses sugárzás úgy van kiválasztva, hogy a természetben előforduló gázok (N₂, O₂, CO₂) nem nyelik el ezeket a sugárzásokat.
10 .) Az 1. - 9. igénypontok bármelyike szerinti készülék azzal jellemezve, hogy az optikai sugárzás hullámhossza az infravörös tartományban van elhelyezve.
11 .) Az 1. - 10. igénypontok bármelyike szerinti készülék azzal jellemezve, hogy a hullámhossz tartomány olyan hullámhossza(ka)t tartalmaz, amelyekhez a gáz összetevő(k) 1 -12 pm között mutatnak abszorpciót.
12 .) Az 1. - 11. igénypontok bármelyike szerinti készülék azzal jellemezve, hogy a fűtőérték meghatározásához gáz összetevőként metán van alkalmazva.
13 .) Az 1. - 12. igénypontok bármelyike szerinti készülék azzal jellemezve, hogy a fűtőérték meghatározásához gáz összetevőként etán van alkalmazva.
14 .) Az 1. - 13. igénypontok bármelyike szerinti készülék azzal jellemezve, hogy a fűtőérték meghatározásához gáz összetevőként propán van alkalmazva.
15 .) Az 1. - 14. igénypontok bármelyike szerinti készülék azzal jellemezve, hogy a fűtőérték meghatározásához gáz összetevőként bután van alkalmazva.
16 .) Az 1. - 15. igénypontok bármelyike szerinti készülék azzal jellemezve, hogy a fűtőérték meghatározásához gáz összetevőként pentán van alkalmazva.
17 .) Az 1. - 16. igénypontok bármelyike szerinti készülék azzal jellemezve, hogy az éghető gáz földgáz.
18 .) Az 1. - 17. igénypontok bármelyike szerinti készülék azzal jellemezve, hogy a gáz fűtőértékének H(P,T) meghatározására szolgáló berendezés (14; 52; 63) egyesítve van a gázmérő készülékkel (12).
19 .) Eljárás egy csőben (16) szállított éghető gáz hőtermelő energia tartalmának a méréséhez, amelynek során megmérjük a csőben (16) keringő gáz V térfogatát a gáz adott nyomás (P) és hőmérséklet (T) állapota mellett, és meghatározzuk a gáz fűtőértékét (H) azzal jellemezve, hogy a gáznak azon nyomás (P) és hőmérséklet (T) állapotai mellett, amelyek mellett megmértük a gáz V(P,T) térfogatát, megmérünk legalább egy, a gáz különböző összetevői egy adott térfogatban lévő molekuláinak a számával arányos fizikai mennyiséget, ebből a mérésből közvetlenül kiszámítjuk az ugyanazon nyomás (P) és hőmérséklet (T ) állapotok melletti fűtőértéket H(P,T), és azután meghatározzuk a gázban lévő H(P.T)V(P,T) hőtermelő energiát.
20 .) A 19. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy megmérünk egy fizikai mennyiséget, amely az elektromágneses sugárzásnak a gázban nagy arányban jelenlévő legalább egy éghető összetevő által történő abszorpciója az említett sugárzás legalább egy hullámhosszához.
21 .) A 19. vagy 20. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy megmérjük az elektromágneses sugárzásnak a gázban jelenlévő éghető összetevők által történő abszorpcióját a sugárzás különböző hullámhosszaihoz.
22 .) A 19. - 21. igénypontok bármelyike szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy az elektromágneses sugárzás hullámhossz(ak)at úgy választjuk ki, hogy mindegyik hullámhossz egy egyetlen éghető összetevő által nyújtott hozzájárulásnak felel meg.
23 .) A 19. - 21. igénypontok bármelyike szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy az elektromágneses sugárzás hullámhossz(ak)at úgy választjuk ki, hogy mindegyik hullámhossz különböző éghető összetevő által nyújtott hozzájárulásnak felel meg.
24 ) A 19. - 23. igénypontok bármelyike szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy

- elektromágneses sugárzást bocsátunk ki az áramló gáz legalább egy tartományán keresztül,

- ezt a sugárzást szűrjük, a gáz éghető összetevö(i)nek abszorpciója következtében a megfelelő hullámhosszánál gyengített sugárzást észleljük, és egy, erre a sugárzásra mindegyik szóban forgó hullámhosszhoz jellemző elektromos jelet állítunk elő,

- és a jelből vagy jelekből meghatározzuk a gáz fűtőértékét és a gázban lévő H(P,T)V(P,T) hőtermelő energiát.
25 .) A 19. - 24. igénypontok bármelyike szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy az elektromágneses sugárzást úgy választjuk ki, hogy a természetben előforduló gázok (N₂, O₂, CO₂) nem nyelik el ezt a sugárzást.
26 .) A 19. - 25. igénypontok bármelyike szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy az optikai sugárzást infravörös tartományban helyezzük el.

A meghatalmazott:

danubüa szabadalmi é/^djegy froda Kft

Kpvpcs Kinga szabadalmniigyvivő

Rajzjelek jegyzéke:

A - spektrum

B - spektrum

C - spektrum

G - gázáram

R - sugárzás

10 - készülék

12 - gázmérő készülék

14 - berendezés

16 - cső

18 tartomány

20 - kamra

22 - gát

24 - belépőnyílás

26 - kilépőnyílás
28 - hőmérséklet érzékelő
30 - hőmérséklet érzékelő
32 - sugárforrás

34 - szakasz

36 - egység

38 - szűrőkészülék

40 - rögzített elektróda

42 - mozgó elektróda

44 - feszültségforrás

45 - érzékelő eszköz

46 - átalakító

- elektronikus eszköz

- analóg numerikus átalakító

- berendezés

- sugárforrás

- szűrőeszköz és érzékelő eszköz

- kamra

- csatlakozóelem

- csatlakozóelem

- berendezés

- sugárforrás

- szűrőkészülék és érzékelő eszköz

- tükör

- kamra

- csatlakozóelem

- csatlakozóelem