気体燃料の低位発熱量およびウォッベ指数を測定するための方法、センサ、およびシステム
【課題】気体燃料の低位発熱量を測定するための方法を提供すること。
【解決手段】方法は、気体燃料を空気と混合して、可燃性混合気を提供することを含む。混合気は、一定の温度で保たれる第１のマイクロホットプレート（５０）の流れ表面（５２）をわたって流れるように送られる。第１のマイクロホットプレート流れ表面から混合気への対流および伝導熱伝達による、第１のマイクロホットプレート流れ表面の一定の温度を保つために必要とされるパワーの変化が測定される。混合気は、一定の温度で保たれる第２のマイクロホットプレート（６０）の流れ表面（６２）をわたって流れるように送られる。混合気は、第２のマイクロホットプレート流れ表面をわたって流れるときに燃焼される。混合気の燃焼による、第２のマイクロホットプレート流れ表面の一定の温度を保つために必要とされるパワーの変化が測定される。
【解決手段】方法は、気体燃料を空気と混合して、可燃性混合気を提供することを含む。混合気は、一定の温度で保たれる第１のマイクロホットプレート（５０）の流れ表面（５２）をわたって流れるように送られる。第１のマイクロホットプレート流れ表面から混合気への対流および伝導熱伝達による、第１のマイクロホットプレート流れ表面の一定の温度を保つために必要とされるパワーの変化が測定される。混合気は、一定の温度で保たれる第２のマイクロホットプレート（６０）の流れ表面（６２）をわたって流れるように送られる。混合気は、第２のマイクロホットプレート流れ表面をわたって流れるときに燃焼される。混合気の燃焼による、第２のマイクロホットプレート流れ表面の一定の温度を保つために必要とされるパワーの変化が測定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ガスタービンエンジン性能を監視することに関し、より詳細には、気体燃料に関する低位発熱量およびウォッベ指数を測定するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液化天然ガス（ＬＮＧ）またはパイプライン天然ガスとＬＮＧとのブレンド、ならびに様々な低ＢＴＵ気体燃料で確実に動作することができるガス燃焼タービンおよび往復機関に対する要求が高まっている。したがって、エンジン性能が燃料特性に適切に合致することを保証するために、これらの燃料の低位発熱量（ＬＨＶ）および／またはウォッベ指数を求めるための迅速かつ安価な方法およびシステムが求められている。
【０００３】
気体燃料のＬＨＶおよび／またはウォッベ指数を求めるための既存の方法は、燃料成分を分離するためのガラス毛細管システムと、成分を定量的に同定するための熱伝導率検出器（ＴＣＤ）および／または炎イオン化検出器（ＦＩＤ）とを有するガスクロマトグラフ（ＧＣ）システムの使用を含む。しかし、従来のＧＣシステムは、いくつかの欠点を有する。ＧＣシステムは比較的高価であり、典型的には約２０，０００．００ＵＳドル以上の費用がかかる。さらに、ＧＣシステムは操作が難しく、相当な訓練を必要とする。さらに、ＧＣ応答は、通常は数分の解析時間が必要とされるので、比較的遅い。
【０００４】
気体燃料のＬＨＶおよび／またはウォッベ指数を求めるための別の方法は、燃料のウォッベ指数と密度および動粘度との間に存在する相関に基づく。さらに別の方法は、燃料品質の尺度を得るために熱量計を使用することを含む。例えば、燃料気体の熱伝導率と発熱量との間の相関を利用することが可能である。この相関は、主にメタンから構成される典型的な天然ガスで存在する。しかし、燃料組成が変化するとき、測定精度に関わる問題が生じる場合がある。
【０００５】
ウォッベ指数（Ｗ）は、一般に使用される燃料品質測定値であり、以下の式によって与えられる。
【０００６】
【数１】
ここで、ＳＧは、測定される燃料の比重である。この相関を使用して、広範囲の燃料のウォッベ指数を測定することができる。しかし、この方法には欠点がある。Ｈ２、ＣＯ２、および／またはＬＰＧなどいくつかの気体が高い濃度で存在する場合、この相関が保たれない。
【特許文献１】米国特許第６，７８６，７１６号公報
【特許文献２】米国特許第５，８３４，６２７号公報
【非特許文献１】M. SETO, H. MUTO and Y. KAJIO; 1995 International Gas Research Conference; "Development of Calorie Transmitter For Quick Response Calorific Value Control", 10 pages
【非特許文献２】DR. R. HEB and DR. D. ALTEMARK; 1996 International Gas Research Conference; "Flameless System for the Measurement of the Gross Calorific Value and the Wobbe Number of Fuel Gases", 11 pages
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術の課題を解決することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様では、本発明は、気体燃料の低位発熱量を測定するための方法を提供する。方法は、気体燃料を空気と混合して、可燃性混合気を提供することを含む。混合気は、一定の温度で保たれる第１のマイクロホットプレートの流れ表面をわたって流れるように送られる。第１のマイクロホットプレート流れ表面から混合気への対流および伝導熱伝達による第１のマイクロホットプレート流れ表面の一定の温度を保つために必要とされるパワーの変化が測定される。混合気は、一定の温度で保たれる第２のマイクロホットプレートの流れ表面をわたって流れるように送られる。混合気は、第２のマイクロホットプレート流れ表面をわたって流れるときに燃焼される。混合気の燃焼による第２のマイクロホットプレート流れ表面の一定の温度を保つために必要とされるパワーの変化が測定される。
【０００９】
別の態様では、本発明は、気体燃料の低位発熱量を測定するためのセンサを提供する。センサは、チャンバを画定するエンクロージャを含む。チャンバは、チャンバに可燃性混合気を供給するように構成された混合気供給ラインと流れ連絡する（流体が通過可能なように接続する）。第１のマイクロホットプレートが、チャンバ内部に位置決めされ、少なくとも１つの流れ表面を含む。少なくとも１つの流れ表面は、チャンバを通って流れる混合気に接触するように構成される。第２のマイクロホットプレートが、チャンバ内部に、第１のマイクロホットプレートに対して位置決めされる。第２のマイクロホットプレートは、混合気の燃焼を開始するように構成された触媒コーティング材料で被覆された少なくとも１つの流れ表面を含む。センサ排気部が、チャンバと流れ連絡する。
【００１０】
別の態様では、本発明は、気体燃料の低位発熱量を測定するためのシステムを提供する。システムは、可燃性混合気を提供するために、空気の流量と気体燃料の流量との少なくとも一方を制御するように構成された流量制御デバイスを含む。センサが、流量制御デバイスと流れ連絡する。センサは、少なくとも１つの流れ表面を有する第１のマイクロホットプレートを含む。第１のマイクロホットプレートは、第１のマイクロホットプレートから、少なくとも１つの流れ表面をわたって流れる混合気への対流および伝導熱損失を測定するように構成される。第２のマイクロホットプレートが、第１のマイクロホットプレートに対して位置決めされる。第２のマイクロホットプレートは、燃焼生成物を生成するために混合気の燃焼を開始するように構成された触媒コーティング材料で被覆された少なくとも１つの流れ表面を含む。第２のマイクロホットプレートは、さらに、混合気の燃焼の熱を測定するように構成される。センサ排気部が、センサと流れ連絡し、燃焼生成物の体積流量を測定するように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、気体燃料に関する低位発熱量（ＬＨＶ）およびウォッベ指数を測定するための方法、センサ、およびシステムを提供する。本明細書では、工業環境で使用されるガスタービンエンジンの文脈で方法およびシステムを説明するが、本明細書で説明する方法およびシステムを他の燃焼システム適用例で利用することもできることが企図されている。さらに、本明細書に記載する原理および教示は、天然ガス、ガソリン、灯油、ディーゼル燃料、およびジェット燃料など様々な可燃性燃料を使用するガスタービンエンジンに適用可能である。したがって、本明細書における以下の説明は、限定ではなく、単に例示として記載される。
【００１２】
図１および２を参照すると、気体燃料の低位発熱量およびウォッベ指数を測定するためのシステム１０が、本明細書で以後「混合気」と呼ぶ可燃性燃料と空気との混合物の流量を制御する流量制御デバイス１２を含む。一実施形態では、空気と燃料との比率は、当量比Ｆが１未満（希薄な流れ混合物）となるように固定される。流量制御デバイス１２は、少なくとも１つの空気入口１４を含み、空気の供給を空気供給ライン１６を通して送る。圧力調整器１８が、流量制御デバイス１２を通る空気の圧力を調整する。オリフィスプレート２０が、調整器１８と流れ連絡するオリフィス２２を画定する。オリフィス２２を通る背圧は、オリフィス２２を通る空気流がチョークされるように、圧力調整器１８を使用して調節される。オリフィス２２の上流での圧力を下流での圧力よりも十分に高くすることで、オリフィス２２を通って流れる空気の速度は実質的に一定となる。この流れは「チョークされた」流れと呼ばれる。チョークされた空気流の状態を維持することによって、空気の質量流量は、チョークされていない空気流に比べてかなり安定に保たれる。
【００１３】
同様に、天然ガスなど気体燃料の供給が、少なくとも１つの燃料入口２４および燃料供給ライン２６を通して送られる。圧力調整器２８が、流量制御デバイス１２を通る気体燃料の圧力を調整する。オリフィスプレート３０が、調整器２８と流れ連絡するオリフィス３２を形成する。オリフィス３２を通る背圧は、オリフィス３２を通る気体燃料の流れがチョークされるように、圧力調整器２８を使用して調節される。オリフィス３２の上流での圧力を下流での圧力よりも十分に高くすることで、オリフィス３２を通って流れる気体燃料の速度は実質的に一定となり、例えば「チョークされた」流れとなる。チョークされた気体燃料の流れの状態を維持することによって、気体燃料の質量流量は、チョークされていない気体燃料の流れに比べてかなり安定に保たれる。気体燃料の密度が変化する場合、質量流量が変化する可能性がある。しかし、質量流量の変動は、気体燃料およびチョークされた流れの密度を仮定して、簡単に計算される。
【００１４】
流量制御デバイス１２、より具体的には圧力調整器２８は、気体燃料の質量流量を制御するように構成され、気体燃料の質量流量と空気供給ライン１６からの空気の質量流量とのバランスをとって、選択された空燃比を実現する。追加として、または別法として、圧力調整器１８が、空気の質量流量を制御するように構成され、空気の質量流量と燃料供給ライン２６からの気体燃料の質量流量とのバランスをとって、選択された空燃比を実現する。さらに、流量制御デバイス１２は、少なくとも約２００℃まで上がる温度を有する高温燃料の流れを制御するのに適しており、微粒子やタールなど汚染物質を有する燃料のフィルタを使用する。
【００１５】
一実施形態では、バイパス３４が、燃料供給ライン２６と流れ連絡する。バイパス３４は、可変ニードル弁３６によって動作制御され、望みに応じて、バイパス３４を通る燃料流量の増加を提供または許可して、下流に位置決めされたセンサに適切な量の燃料を提供する。例えば、オリフィス３２は、燃料供給ライン２６を通る燃料の流れを小さな値まで下がるように制御する場合があり、燃料入口２４と下流に位置決めされたセンサとの間の全体距離により、センサ応答時間が望ましくなく増大する。センサ応答時間を短縮するために、可変ニードル弁３６が活動化されて開き、バイパス３４を通る燃料の流れの増加を提供して、センサに適切な量の燃料を供給する。
【００１６】
空気の供給と燃料の供給とが、配管接合部４０で合わされて混合される。主空気燃料供給ライン４２が、配管接合部４０で空気供給ライン１６および燃料供給ライン２６のそれぞれと流れ連絡する。一実施形態では、混合気に関する空気の比率および／または気体燃料の比率は、混合気が可燃性になるように選択される。主空気燃料供給ライン４２は、主空気燃料供給ライン４２と流れ連絡するセンサ４５を通るように混合気を送る。一実施形態では、センサ４５は、チャンバ４８を内部に画定するエンクロージャ４６を含む。
【００１７】
センサ４５は、第１の、または基準マイクロホットプレート５０と、基準マイクロホットプレート５０に対して位置決めされた第２の、または触媒マイクロホットプレート６０とを含む。図１および２に示されるように、基準マイクロホットプレート５０および触媒マイクロホットプレート６０は、チャンバ４８内部に位置決めされる。一実施形態では、基準マイクロホットプレート５０は、図１に矢印６３によって示されるチャンバ４８を通る混合気の流れの方向に対して、触媒マイクロホットプレート６０と直列に位置合わせされる。代替実施形態では、基準マイクロホットプレート５０は、図２に矢印６４によって示されるチャンバ４８を通る混合気の流れの方向に対して、触媒マイクロホットプレート６０と並列に位置合わせされる。図１および２に示される際、単純化のために、２つのマイクロホットプレート、例えば基準マイクロホットプレート５０および触媒マイクロホットプレート６０が示されている。しかし、センサ４５は、燃焼変換効率を高めるために、任意の適切な数の基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０を含むことができる。任意の適切な数の基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０を、チャンバ４８内部の混合気の流れの方向に対して並列および／または直列に使用することができることは、当業者に明らかであり、本明細書で提供される教示によって示される。
【００１８】
図１を参照すると、一実施形態では、基準マイクロホットプレート５０は、珪素のフレームから懸垂された窒化珪素メンブレンを含む。基準マイクロホットプレート５０は、アルミナ材料から製造される。代替実施形態では、基準マイクロホットプレート５０は、当業者に知られており、本明細書で提供される教示によって示される任意の適切な材料から製造される。混合気がマイクロホットプレート５０の流れ表面５２をわたって流れるとき、基準マイクロホットプレート５０からの熱が混合気に伝達される。
【００１９】
次いで、混合気は、触媒マイクロホットプレート６０をわたって流れる。一実施形態では、触媒マイクロホットプレート６０は、珪素のフレームから懸垂された窒化珪素メンブレンを含む。触媒マイクロホットプレート６０の少なくとも一部分が触媒で被覆される。混合気は、触媒コーティングの表面をわたって流れるとき、触媒コーティングとの接触によって燃焼を開始され、燃焼の熱が、触媒マイクロホットプレート６０に関するパワー要件を低減する。
【００２０】
他の代替実施形態では、担持触媒コーティング材料が、流れ表面６２上で、触媒マイクロホットプレート６０の担持材料に塗布される。触媒および動作温度の特定の選択は、用途によって決まる。触媒は、例えば、貴金属、添加剤（例えば銅）を有する貴金属、半導体酸化物、および／またはヘキサアルミネート材料にすることができる。触媒は、アルミナ、ヘキサアルミネート、ジルコニア、セリア、チタニア、または含水金属酸化物（例えば含水酸化チタン（ＨＴＯ）、シリカドープ含水酸化チタン（ＨＴＯ：Ｓｉ）、およびシリカドープ含水酸化ジルコニウム（ＨＺＯ：Ｓｉ））など高温安定であり高表面積の材料で担持することができる。これらの担持触媒は、良好な安定性および反応性を有し、厳しい燃焼条件から触媒マイクロホットプレート６０を隔離することによって信頼性の問題および故障モードを緩和する助けとなる。一実施形態では、触媒マイクロホットプレート６０は、アルミナマトリックスで担持されたＰｔまたはＰｄなどの貴金属を含むアルミナ担持触媒を含む。
【００２１】
担持触媒は、混合気の流れにさらされる触媒マイクロホットプレート６０の流れ表面６２の上に堆積することができる。一実施形態では、触媒は、十分な触媒活性を提供するのに十分に厚く、しかし、燃焼される気体との接触時にマイクロホットプレート表面と触媒表面との間の適当な熱伝達を可能にするのに十分に薄い。一貫した性能を実現するために、触媒の確実な堆積が望まれる。触媒は、当技術分野で知られており、本明細書で提供される教示によって示される任意の適切なプロセスを使用して、触媒マイクロホットプレート６０の流れ表面６２の上に堆積される。
【００２２】
基準マイクロプレート５０および／または触媒マイクロプレート６０を製造するための他の適切な材料は、２００４年９月７日にＧａｒｄｎｅｒ他に発行された米国特許第６，７８６，７１６号に開示されており、その開示は、全体を参照として本明細書に組み込む。他の代替実施形態では、基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０が、当業者に知られており、本明細書で提供される教示によって示される任意の適切な担持材料および／またはコーティング材料を含む。
【００２３】
温度制御回路７０が、基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０を作動制御できるように接続される。温度制御回路７０は、基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０を実質的に一定の温度で保つ。温度制御回路７０は、設定された抵抗、したがって設定された温度を保つために、基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０へのパワーを変えることによって基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０の能動制御を容易にする。
【００２４】
一実施形態では、温度制御回路７０は、基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０を実質的に一定の温度で保つために必要とされる（電流および／または電圧による）パワーを測定する。例えば、基準マイクロホットプレート５０からの熱が混合気に伝達され、マイクロホットプレート５０を実質的に一定の温度で保つために必要とされるマイクロホットプレート５０に供給されるパワーの変化を監視することによって、対流および伝導パワー損失が測定可能となる。さらに、燃焼による外部加熱が流れ表面６２の温度を上昇させようとするとき、それを補償するように回路パワーが低下する。したがって、温度制御回路７０は、触媒マイクロホットプレート６０を実質的に一定の温度で保つ。一実施形態では、コンピュータ８０が、温度制御回路７０とインターフェースされて、センサ４５内部で取られた測定値を監視および／または記録する。気体燃料のエネルギー含量は、基準マイクロホットプレート５０から測定される対流および伝導熱損失と、混合気が触媒マイクロホットプレート６０をわたって流れるときに混合気の燃焼中に測定される放熱とを組み合わせることによって得られる。
【００２５】
基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０に供給されるパワーの全体的な変化は、ＬＨＶに直接関係付けられる。基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０の時間応答は、ミリ秒のオーダーである。したがって、ＬＨＶはリアルタイムで測定される。さらに、対流および伝導パワー損失によるパワーの変化と、放熱によるパワーの変化とを測定することによって、燃料のエネルギー含量（Δパワー）が求められる。１００％燃焼が行われる場合、ＬＨＶの直接の測定値が得られる。１００％未満の燃焼変換効率では、ＬＨＶを求めるために較正が行われる。
【００２６】
センサ４５内部での混合気の燃焼により生じる燃焼生成物は、センサ排気部９０を通して送られ、その後、排気部出口９２を通して大気に排気される。センサ排気部９０は、流量制御システム１２とのフィードバックデバイスとして働き、それにより、流量制御システム１２は、基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０をわたる質量流量の小さな変動を補正することができる。一実施形態では、センサ排気部９０は、コンピュータ８０と連絡する。質量流量値およびエネルギー含量の測定値を用いて、燃料のＬＨＶおよびウォッベ指数がコンピュータ８０によって計算される。計算される不連続の従来のＧＣシステム測定値とは対照的に、センサ４５は、ＬＨＶおよびウォッベ指数の直接的かつ連続的な測定値を提供する。さらに、センサ４５は、従来のＧＣシステムに比べて比較的安価である。さらに、既知の量の燃料がセンサ４５内部で完全に燃焼される場合、放出される熱の量を求めることができる。次いで、この情報を使用して、燃料のＬＨＶを直接求めることができる。この技法の利点は、燃料組成および／または相関に関するアプリオリな仮定が必要とされないことである。
【００２７】
一実施形態では、気体燃料の低位発熱量を測定するための方法が提供される。この方法は、気体燃料を空気と混合して、可燃性混合気を提供することを含む。混合気は、基準マイクロホットプレート５０の流れ表面５２をわたって流れるように送られる。対流および伝導熱伝達による基準マイクロホットプレート５０に供給されるパワーの変化が、一定の温度を保つために必要とされる。基準マイクロホットプレートに供給されるパワーの変化は、温度制御回路７０によって記録される。温度制御回路７０が、流れ表面５２を実質的に一定の温度で保つ。
【００２８】
混合気は、触媒マイクロホットプレート６０の流れ表面６２をわたって流れるように送られる。混合気は、流れ表面６２をわたって流れるときに燃焼される。混合気の燃焼による触媒マイクロホットプレート６０に供給されるパワーの変化が、一定の温度を保つために必要とされる。触媒マイクロホットプレート６０に供給されるパワーの変化は、温度制御回路７０によって記録される。温度制御回路７０が、流れ表面６２を実質的に一定の温度で保つ。
【００２９】
空気の流量と気体燃料の流量との少なくとも一方が、混合気の空燃比を制御するために調整される。一実施形態では、基準マイクロホットプレート５０および触媒マイクロホットプレート６０に供給されるパワーの総変化が求められ、気体燃料の低位発熱量が測定される。さらに、測定された低位発熱量と質量流量測定値とを用いて、気体燃料のウォッベ指数が求められる。
【００３０】
上述した方法およびシステムは、費用対効果が高く正確で連続的な、気体燃料に関する低位発熱量のオンライン測定を容易にする。より具体的には、この方法およびシステムは、従来のＧＣシステムが数分毎に単一の読取りしか生成することができないのに対して、低位発熱量の連続的な読取りを容易にする。その結果、気体燃料に関する低位発熱量を信頼可能に、かつ効率的に求めることができる。
【００３１】
気体燃料に関する低位発熱量を測定するための方法およびシステムの例示的な実施形態を詳細に上述した。方法および／システムは、本明細書で説明した特定の実施形態に限定されず、方法の段階および／またはシステムの構成要素を、本明細書で説明した他の段階および／または構成要素から独立して個々に利用することもできる。さらに、説明した方法の段階および／またはシステム構成要素を、他の方法および／またはシステム内で定義することや、他の方法および／またはシステムと組み合わせて使用することもでき、本明細書で説明した方法およびシステムのみで実施されるものとは限定されない。
【００３２】
本発明を様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、特許請求の範囲の精神および範囲内で修正を施して本発明を実施することもできることを当業者は理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】気体燃料に関する低位発熱量および／またはウォッベ指数を測定するためのシステムの概略図である。
【図２】気体燃料に関する低位発熱量および／またはウォッベ指数を測定するための代替システムの概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０ システム
１２ 流量制御デバイス
１４ 空気入口
１６ 空気供給ライン
１８ 圧力調整器
２０ オリフィスプレート
２２ オリフィス
２４ 燃料入口
２６ 燃料供給ライン
２８ 圧力調整器
３０ オリフィスプレート
３２ オリフィス
３４ バイパス
３６ 可変ニードル弁
４０ 配管接合部
４２ 燃料供給ライン
４５ センサ
４６ エンクロージャ
４８ チャンバ
５０ 基準マイクロホットプレート
５２ 流れ表面
６０ 触媒マイクロホットプレート
６２ 流れ表面
６３ 矢印
６４ 矢印
７０ 温度制御回路
８０ コンピュータ
９０ センサ排気部
９２ 排気部出口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ガスタービンエンジン性能を監視することに関し、より詳細には、気体燃料に関する低位発熱量およびウォッベ指数を測定するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液化天然ガス（ＬＮＧ）またはパイプライン天然ガスとＬＮＧとのブレンド、ならびに様々な低ＢＴＵ気体燃料で確実に動作することができるガス燃焼タービンおよび往復機関に対する要求が高まっている。したがって、エンジン性能が燃料特性に適切に合致することを保証するために、これらの燃料の低位発熱量（ＬＨＶ）および／またはウォッベ指数を求めるための迅速かつ安価な方法およびシステムが求められている。
【０００３】
気体燃料のＬＨＶおよび／またはウォッベ指数を求めるための既存の方法は、燃料成分を分離するためのガラス毛細管システムと、成分を定量的に同定するための熱伝導率検出器（ＴＣＤ）および／または炎イオン化検出器（ＦＩＤ）とを有するガスクロマトグラフ（ＧＣ）システムの使用を含む。しかし、従来のＧＣシステムは、いくつかの欠点を有する。ＧＣシステムは比較的高価であり、典型的には約２０，０００．００ＵＳドル以上の費用がかかる。さらに、ＧＣシステムは操作が難しく、相当な訓練を必要とする。さらに、ＧＣ応答は、通常は数分の解析時間が必要とされるので、比較的遅い。
【０００４】
気体燃料のＬＨＶおよび／またはウォッベ指数を求めるための別の方法は、燃料のウォッベ指数と密度および動粘度との間に存在する相関に基づく。さらに別の方法は、燃料品質の尺度を得るために熱量計を使用することを含む。例えば、燃料気体の熱伝導率と発熱量との間の相関を利用することが可能である。この相関は、主にメタンから構成される典型的な天然ガスで存在する。しかし、燃料組成が変化するとき、測定精度に関わる問題が生じる場合がある。
【０００５】
ウォッベ指数（Ｗ）は、一般に使用される燃料品質測定値であり、以下の式によって与えられる。
【０００６】
【数１】
ここで、ＳＧは、測定される燃料の比重である。この相関を使用して、広範囲の燃料のウォッベ指数を測定することができる。しかし、この方法には欠点がある。Ｈ２、ＣＯ２、および／またはＬＰＧなどいくつかの気体が高い濃度で存在する場合、この相関が保たれない。
【特許文献１】米国特許第６，７８６，７１６号公報
【特許文献２】米国特許第５，８３４，６２７号公報
【非特許文献１】M. SETO, H. MUTO and Y. KAJIO; 1995 International Gas Research Conference; "Development of Calorie Transmitter For Quick Response Calorific Value Control", 10 pages
【非特許文献２】DR. R. HEB and DR. D. ALTEMARK; 1996 International Gas Research Conference; "Flameless System for the Measurement of the Gross Calorific Value and the Wobbe Number of Fuel Gases", 11 pages
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術の課題を解決することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様では、本発明は、気体燃料の低位発熱量を測定するための方法を提供する。方法は、気体燃料を空気と混合して、可燃性混合気を提供することを含む。混合気は、一定の温度で保たれる第１のマイクロホットプレートの流れ表面をわたって流れるように送られる。第１のマイクロホットプレート流れ表面から混合気への対流および伝導熱伝達による第１のマイクロホットプレート流れ表面の一定の温度を保つために必要とされるパワーの変化が測定される。混合気は、一定の温度で保たれる第２のマイクロホットプレートの流れ表面をわたって流れるように送られる。混合気は、第２のマイクロホットプレート流れ表面をわたって流れるときに燃焼される。混合気の燃焼による第２のマイクロホットプレート流れ表面の一定の温度を保つために必要とされるパワーの変化が測定される。
【０００９】
別の態様では、本発明は、気体燃料の低位発熱量を測定するためのセンサを提供する。センサは、チャンバを画定するエンクロージャを含む。チャンバは、チャンバに可燃性混合気を供給するように構成された混合気供給ラインと流れ連絡する（流体が通過可能なように接続する）。第１のマイクロホットプレートが、チャンバ内部に位置決めされ、少なくとも１つの流れ表面を含む。少なくとも１つの流れ表面は、チャンバを通って流れる混合気に接触するように構成される。第２のマイクロホットプレートが、チャンバ内部に、第１のマイクロホットプレートに対して位置決めされる。第２のマイクロホットプレートは、混合気の燃焼を開始するように構成された触媒コーティング材料で被覆された少なくとも１つの流れ表面を含む。センサ排気部が、チャンバと流れ連絡する。
【００１０】
別の態様では、本発明は、気体燃料の低位発熱量を測定するためのシステムを提供する。システムは、可燃性混合気を提供するために、空気の流量と気体燃料の流量との少なくとも一方を制御するように構成された流量制御デバイスを含む。センサが、流量制御デバイスと流れ連絡する。センサは、少なくとも１つの流れ表面を有する第１のマイクロホットプレートを含む。第１のマイクロホットプレートは、第１のマイクロホットプレートから、少なくとも１つの流れ表面をわたって流れる混合気への対流および伝導熱損失を測定するように構成される。第２のマイクロホットプレートが、第１のマイクロホットプレートに対して位置決めされる。第２のマイクロホットプレートは、燃焼生成物を生成するために混合気の燃焼を開始するように構成された触媒コーティング材料で被覆された少なくとも１つの流れ表面を含む。第２のマイクロホットプレートは、さらに、混合気の燃焼の熱を測定するように構成される。センサ排気部が、センサと流れ連絡し、燃焼生成物の体積流量を測定するように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、気体燃料に関する低位発熱量（ＬＨＶ）およびウォッベ指数を測定するための方法、センサ、およびシステムを提供する。本明細書では、工業環境で使用されるガスタービンエンジンの文脈で方法およびシステムを説明するが、本明細書で説明する方法およびシステムを他の燃焼システム適用例で利用することもできることが企図されている。さらに、本明細書に記載する原理および教示は、天然ガス、ガソリン、灯油、ディーゼル燃料、およびジェット燃料など様々な可燃性燃料を使用するガスタービンエンジンに適用可能である。したがって、本明細書における以下の説明は、限定ではなく、単に例示として記載される。
【００１２】
図１および２を参照すると、気体燃料の低位発熱量およびウォッベ指数を測定するためのシステム１０が、本明細書で以後「混合気」と呼ぶ可燃性燃料と空気との混合物の流量を制御する流量制御デバイス１２を含む。一実施形態では、空気と燃料との比率は、当量比Ｆが１未満（希薄な流れ混合物）となるように固定される。流量制御デバイス１２は、少なくとも１つの空気入口１４を含み、空気の供給を空気供給ライン１６を通して送る。圧力調整器１８が、流量制御デバイス１２を通る空気の圧力を調整する。オリフィスプレート２０が、調整器１８と流れ連絡するオリフィス２２を画定する。オリフィス２２を通る背圧は、オリフィス２２を通る空気流がチョークされるように、圧力調整器１８を使用して調節される。オリフィス２２の上流での圧力を下流での圧力よりも十分に高くすることで、オリフィス２２を通って流れる空気の速度は実質的に一定となる。この流れは「チョークされた」流れと呼ばれる。チョークされた空気流の状態を維持することによって、空気の質量流量は、チョークされていない空気流に比べてかなり安定に保たれる。
【００１３】
同様に、天然ガスなど気体燃料の供給が、少なくとも１つの燃料入口２４および燃料供給ライン２６を通して送られる。圧力調整器２８が、流量制御デバイス１２を通る気体燃料の圧力を調整する。オリフィスプレート３０が、調整器２８と流れ連絡するオリフィス３２を形成する。オリフィス３２を通る背圧は、オリフィス３２を通る気体燃料の流れがチョークされるように、圧力調整器２８を使用して調節される。オリフィス３２の上流での圧力を下流での圧力よりも十分に高くすることで、オリフィス３２を通って流れる気体燃料の速度は実質的に一定となり、例えば「チョークされた」流れとなる。チョークされた気体燃料の流れの状態を維持することによって、気体燃料の質量流量は、チョークされていない気体燃料の流れに比べてかなり安定に保たれる。気体燃料の密度が変化する場合、質量流量が変化する可能性がある。しかし、質量流量の変動は、気体燃料およびチョークされた流れの密度を仮定して、簡単に計算される。
【００１４】
流量制御デバイス１２、より具体的には圧力調整器２８は、気体燃料の質量流量を制御するように構成され、気体燃料の質量流量と空気供給ライン１６からの空気の質量流量とのバランスをとって、選択された空燃比を実現する。追加として、または別法として、圧力調整器１８が、空気の質量流量を制御するように構成され、空気の質量流量と燃料供給ライン２６からの気体燃料の質量流量とのバランスをとって、選択された空燃比を実現する。さらに、流量制御デバイス１２は、少なくとも約２００℃まで上がる温度を有する高温燃料の流れを制御するのに適しており、微粒子やタールなど汚染物質を有する燃料のフィルタを使用する。
【００１５】
一実施形態では、バイパス３４が、燃料供給ライン２６と流れ連絡する。バイパス３４は、可変ニードル弁３６によって動作制御され、望みに応じて、バイパス３４を通る燃料流量の増加を提供または許可して、下流に位置決めされたセンサに適切な量の燃料を提供する。例えば、オリフィス３２は、燃料供給ライン２６を通る燃料の流れを小さな値まで下がるように制御する場合があり、燃料入口２４と下流に位置決めされたセンサとの間の全体距離により、センサ応答時間が望ましくなく増大する。センサ応答時間を短縮するために、可変ニードル弁３６が活動化されて開き、バイパス３４を通る燃料の流れの増加を提供して、センサに適切な量の燃料を供給する。
【００１６】
空気の供給と燃料の供給とが、配管接合部４０で合わされて混合される。主空気燃料供給ライン４２が、配管接合部４０で空気供給ライン１６および燃料供給ライン２６のそれぞれと流れ連絡する。一実施形態では、混合気に関する空気の比率および／または気体燃料の比率は、混合気が可燃性になるように選択される。主空気燃料供給ライン４２は、主空気燃料供給ライン４２と流れ連絡するセンサ４５を通るように混合気を送る。一実施形態では、センサ４５は、チャンバ４８を内部に画定するエンクロージャ４６を含む。
【００１７】
センサ４５は、第１の、または基準マイクロホットプレート５０と、基準マイクロホットプレート５０に対して位置決めされた第２の、または触媒マイクロホットプレート６０とを含む。図１および２に示されるように、基準マイクロホットプレート５０および触媒マイクロホットプレート６０は、チャンバ４８内部に位置決めされる。一実施形態では、基準マイクロホットプレート５０は、図１に矢印６３によって示されるチャンバ４８を通る混合気の流れの方向に対して、触媒マイクロホットプレート６０と直列に位置合わせされる。代替実施形態では、基準マイクロホットプレート５０は、図２に矢印６４によって示されるチャンバ４８を通る混合気の流れの方向に対して、触媒マイクロホットプレート６０と並列に位置合わせされる。図１および２に示される際、単純化のために、２つのマイクロホットプレート、例えば基準マイクロホットプレート５０および触媒マイクロホットプレート６０が示されている。しかし、センサ４５は、燃焼変換効率を高めるために、任意の適切な数の基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０を含むことができる。任意の適切な数の基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０を、チャンバ４８内部の混合気の流れの方向に対して並列および／または直列に使用することができることは、当業者に明らかであり、本明細書で提供される教示によって示される。
【００１８】
図１を参照すると、一実施形態では、基準マイクロホットプレート５０は、珪素のフレームから懸垂された窒化珪素メンブレンを含む。基準マイクロホットプレート５０は、アルミナ材料から製造される。代替実施形態では、基準マイクロホットプレート５０は、当業者に知られており、本明細書で提供される教示によって示される任意の適切な材料から製造される。混合気がマイクロホットプレート５０の流れ表面５２をわたって流れるとき、基準マイクロホットプレート５０からの熱が混合気に伝達される。
【００１９】
次いで、混合気は、触媒マイクロホットプレート６０をわたって流れる。一実施形態では、触媒マイクロホットプレート６０は、珪素のフレームから懸垂された窒化珪素メンブレンを含む。触媒マイクロホットプレート６０の少なくとも一部分が触媒で被覆される。混合気は、触媒コーティングの表面をわたって流れるとき、触媒コーティングとの接触によって燃焼を開始され、燃焼の熱が、触媒マイクロホットプレート６０に関するパワー要件を低減する。
【００２０】
他の代替実施形態では、担持触媒コーティング材料が、流れ表面６２上で、触媒マイクロホットプレート６０の担持材料に塗布される。触媒および動作温度の特定の選択は、用途によって決まる。触媒は、例えば、貴金属、添加剤（例えば銅）を有する貴金属、半導体酸化物、および／またはヘキサアルミネート材料にすることができる。触媒は、アルミナ、ヘキサアルミネート、ジルコニア、セリア、チタニア、または含水金属酸化物（例えば含水酸化チタン（ＨＴＯ）、シリカドープ含水酸化チタン（ＨＴＯ：Ｓｉ）、およびシリカドープ含水酸化ジルコニウム（ＨＺＯ：Ｓｉ））など高温安定であり高表面積の材料で担持することができる。これらの担持触媒は、良好な安定性および反応性を有し、厳しい燃焼条件から触媒マイクロホットプレート６０を隔離することによって信頼性の問題および故障モードを緩和する助けとなる。一実施形態では、触媒マイクロホットプレート６０は、アルミナマトリックスで担持されたＰｔまたはＰｄなどの貴金属を含むアルミナ担持触媒を含む。
【００２１】
担持触媒は、混合気の流れにさらされる触媒マイクロホットプレート６０の流れ表面６２の上に堆積することができる。一実施形態では、触媒は、十分な触媒活性を提供するのに十分に厚く、しかし、燃焼される気体との接触時にマイクロホットプレート表面と触媒表面との間の適当な熱伝達を可能にするのに十分に薄い。一貫した性能を実現するために、触媒の確実な堆積が望まれる。触媒は、当技術分野で知られており、本明細書で提供される教示によって示される任意の適切なプロセスを使用して、触媒マイクロホットプレート６０の流れ表面６２の上に堆積される。
【００２２】
基準マイクロプレート５０および／または触媒マイクロプレート６０を製造するための他の適切な材料は、２００４年９月７日にＧａｒｄｎｅｒ他に発行された米国特許第６，７８６，７１６号に開示されており、その開示は、全体を参照として本明細書に組み込む。他の代替実施形態では、基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０が、当業者に知られており、本明細書で提供される教示によって示される任意の適切な担持材料および／またはコーティング材料を含む。
【００２３】
温度制御回路７０が、基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０を作動制御できるように接続される。温度制御回路７０は、基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０を実質的に一定の温度で保つ。温度制御回路７０は、設定された抵抗、したがって設定された温度を保つために、基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０へのパワーを変えることによって基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０の能動制御を容易にする。
【００２４】
一実施形態では、温度制御回路７０は、基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０を実質的に一定の温度で保つために必要とされる（電流および／または電圧による）パワーを測定する。例えば、基準マイクロホットプレート５０からの熱が混合気に伝達され、マイクロホットプレート５０を実質的に一定の温度で保つために必要とされるマイクロホットプレート５０に供給されるパワーの変化を監視することによって、対流および伝導パワー損失が測定可能となる。さらに、燃焼による外部加熱が流れ表面６２の温度を上昇させようとするとき、それを補償するように回路パワーが低下する。したがって、温度制御回路７０は、触媒マイクロホットプレート６０を実質的に一定の温度で保つ。一実施形態では、コンピュータ８０が、温度制御回路７０とインターフェースされて、センサ４５内部で取られた測定値を監視および／または記録する。気体燃料のエネルギー含量は、基準マイクロホットプレート５０から測定される対流および伝導熱損失と、混合気が触媒マイクロホットプレート６０をわたって流れるときに混合気の燃焼中に測定される放熱とを組み合わせることによって得られる。
【００２５】
基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０に供給されるパワーの全体的な変化は、ＬＨＶに直接関係付けられる。基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０の時間応答は、ミリ秒のオーダーである。したがって、ＬＨＶはリアルタイムで測定される。さらに、対流および伝導パワー損失によるパワーの変化と、放熱によるパワーの変化とを測定することによって、燃料のエネルギー含量（Δパワー）が求められる。１００％燃焼が行われる場合、ＬＨＶの直接の測定値が得られる。１００％未満の燃焼変換効率では、ＬＨＶを求めるために較正が行われる。
【００２６】
センサ４５内部での混合気の燃焼により生じる燃焼生成物は、センサ排気部９０を通して送られ、その後、排気部出口９２を通して大気に排気される。センサ排気部９０は、流量制御システム１２とのフィードバックデバイスとして働き、それにより、流量制御システム１２は、基準マイクロホットプレート５０および／または触媒マイクロホットプレート６０をわたる質量流量の小さな変動を補正することができる。一実施形態では、センサ排気部９０は、コンピュータ８０と連絡する。質量流量値およびエネルギー含量の測定値を用いて、燃料のＬＨＶおよびウォッベ指数がコンピュータ８０によって計算される。計算される不連続の従来のＧＣシステム測定値とは対照的に、センサ４５は、ＬＨＶおよびウォッベ指数の直接的かつ連続的な測定値を提供する。さらに、センサ４５は、従来のＧＣシステムに比べて比較的安価である。さらに、既知の量の燃料がセンサ４５内部で完全に燃焼される場合、放出される熱の量を求めることができる。次いで、この情報を使用して、燃料のＬＨＶを直接求めることができる。この技法の利点は、燃料組成および／または相関に関するアプリオリな仮定が必要とされないことである。
【００２７】
一実施形態では、気体燃料の低位発熱量を測定するための方法が提供される。この方法は、気体燃料を空気と混合して、可燃性混合気を提供することを含む。混合気は、基準マイクロホットプレート５０の流れ表面５２をわたって流れるように送られる。対流および伝導熱伝達による基準マイクロホットプレート５０に供給されるパワーの変化が、一定の温度を保つために必要とされる。基準マイクロホットプレートに供給されるパワーの変化は、温度制御回路７０によって記録される。温度制御回路７０が、流れ表面５２を実質的に一定の温度で保つ。
【００２８】
混合気は、触媒マイクロホットプレート６０の流れ表面６２をわたって流れるように送られる。混合気は、流れ表面６２をわたって流れるときに燃焼される。混合気の燃焼による触媒マイクロホットプレート６０に供給されるパワーの変化が、一定の温度を保つために必要とされる。触媒マイクロホットプレート６０に供給されるパワーの変化は、温度制御回路７０によって記録される。温度制御回路７０が、流れ表面６２を実質的に一定の温度で保つ。
【００２９】
空気の流量と気体燃料の流量との少なくとも一方が、混合気の空燃比を制御するために調整される。一実施形態では、基準マイクロホットプレート５０および触媒マイクロホットプレート６０に供給されるパワーの総変化が求められ、気体燃料の低位発熱量が測定される。さらに、測定された低位発熱量と質量流量測定値とを用いて、気体燃料のウォッベ指数が求められる。
【００３０】
上述した方法およびシステムは、費用対効果が高く正確で連続的な、気体燃料に関する低位発熱量のオンライン測定を容易にする。より具体的には、この方法およびシステムは、従来のＧＣシステムが数分毎に単一の読取りしか生成することができないのに対して、低位発熱量の連続的な読取りを容易にする。その結果、気体燃料に関する低位発熱量を信頼可能に、かつ効率的に求めることができる。
【００３１】
気体燃料に関する低位発熱量を測定するための方法およびシステムの例示的な実施形態を詳細に上述した。方法および／システムは、本明細書で説明した特定の実施形態に限定されず、方法の段階および／またはシステムの構成要素を、本明細書で説明した他の段階および／または構成要素から独立して個々に利用することもできる。さらに、説明した方法の段階および／またはシステム構成要素を、他の方法および／またはシステム内で定義することや、他の方法および／またはシステムと組み合わせて使用することもでき、本明細書で説明した方法およびシステムのみで実施されるものとは限定されない。
【００３２】
本発明を様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、特許請求の範囲の精神および範囲内で修正を施して本発明を実施することもできることを当業者は理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】気体燃料に関する低位発熱量および／またはウォッベ指数を測定するためのシステムの概略図である。
【図２】気体燃料に関する低位発熱量および／またはウォッベ指数を測定するための代替システムの概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０ システム
１２ 流量制御デバイス
１４ 空気入口
１６ 空気供給ライン
１８ 圧力調整器
２０ オリフィスプレート
２２ オリフィス
２４ 燃料入口
２６ 燃料供給ライン
２８ 圧力調整器
３０ オリフィスプレート
３２ オリフィス
３４ バイパス
３６ 可変ニードル弁
４０ 配管接合部
４２ 燃料供給ライン
４５ センサ
４６ エンクロージャ
４８ チャンバ
５０ 基準マイクロホットプレート
５２ 流れ表面
６０ 触媒マイクロホットプレート
６２ 流れ表面
６３ 矢印
６４ 矢印
７０ 温度制御回路
８０ コンピュータ
９０ センサ排気部
９２ 排気部出口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体燃料の低位発熱量を測定するためのセンサ（４５）であって、
チャンバ（４８）を画定するエンクロージャ（４６）であって、前記チャンバが、前記チャンバに可燃性混合気を供給するように構成された混合気供給ライン（４２）と流れ連絡するエンクロージャ（４６）と、
前記チャンバ内部に位置決めされ、少なくとも１つの流れ表面（５２）を備える第１のマイクロホットプレート（５０）であって、前記少なくとも１つの流れ表面が、前記チャンバを通って流れる前記混合気に接触するように構成された第１のマイクロホットプレート（５０）と、
前記チャンバ内部に、前記第１のマイクロホットプレートに対して位置決めされた第２のマイクロホットプレート（６０）であって、前記混合気の燃焼を開始するように構成された触媒コーティング材料で被覆された少なくとも１つの流れ表面（６２）を備える第２のマイクロホットプレート（６０）と、
前記チャンバと流れ連絡するセンサ排気部（９０）と
を備えるセンサ（４５）。
【請求項２】
前記第１のマイクロホットプレート（５０）が、前記第１のマイクロホットプレートから前記混合気への対流および伝導熱損失による、実質的に一定の温度を保つために必要とされるパワーの変化を測定するように構成され、前記第２のマイクロホットプレート（６０）が、前記混合気の燃焼による、実質的に一定の温度を保つために必要とされるパワーの変化を測定するように構成された請求項１記載のセンサ（４５）。
【請求項３】
前記第１のマイクロホットプレート（５０）が、前記混合気の流れの方向に対して前記第２のマイクロホットプレート（６０）と直列に並べられている請求項１記載のセンサ（４５）。
【請求項４】
前記第１のマイクロホットプレート（５０）が、前記混合気の流れの方向に対して前記第２のマイクロホットプレート（６０）と並列に位置合わせされた請求項１記載のセンサ（４５）。
【請求項５】
さらに、前記第１のマイクロホットプレート（５０）および前記第２のマイクロホットプレート（６０）のそれぞれと動作制御連絡する温度制御回路（７０）を備え、前記温度制御回路が、前記第１のマイクロホットプレートおよび前記第２のマイクロホットプレートを実質的に一定の温度で保つように構成された請求項１記載のセンサ（４５）。
【請求項６】
前記温度制御回路（７０）が、実質的に一定の温度を保つために、前記第１のマイクロホットプレート（５０）および前記第２のマイクロホットプレート（６０）のそれぞれに供給されるパワーを変えるように構成された請求項５記載のセンサ（４５）。
【請求項７】
気体燃料の低位発熱量を測定するためのシステム（１０）において、
可燃性混合気を提供するために、空気の流量と気体燃料の流量との少なくとも一方を制御するように構成された流量制御デバイス（１２）と、
前記流量制御デバイスと流れ連絡するセンサ（４５）と、
前記センサと流れ連絡するセンサ排気部（９０）と、を有し、
前記センサ（４５）は、少なくとも１つの流れ表面（５２）を含む第１のマイクロホットプレート（５０）であって、前記第１のマイクロホットプレートから前記少なくとも１つの流れ表面をわたって流れる前記混合気への対流および伝導熱損失を測定するように構成された第１のマイクロホットプレート（５０）と、
前記第１のマイクロホットプレートに対して位置決めされた第２のマイクロホットプレート（６０）であって、燃焼生成物を生成するために前記混合気の燃焼を開始するように構成された触媒コーティング材料で被覆された少なくとも１つの流れ表面（６２）を備え且つ前記混合気の燃焼の熱を測定するように構成された第２のマイクロホットプレート（６０）と、を備え、
前記センサ排気部（９０）は、前記燃焼生成物の体積流量を測定するように構成されている、システム（１０）。
【請求項８】
前記流量制御デバイス（１２）が、さらに、
空気供給ライン（１６）と、
前記空気供給ラインと流れ連絡し、空気の圧力を制御するように構成された第１の圧力調整器（１８）と、
前記空気供給ラインと混合気供給ラインとの間の流れ連絡を提供する第１のオリフィス（２２）を画定する第１のオリフィスプレート（２０）であって、前記第１のオリフィスが、チョークされた空気の流れを前記混合気供給ライン（４２）に提供するように構成された第１のオリフィスプレート（２０）と、
気体燃料供給ライン（２６）と、
前記気体燃料供給ラインと流れ連絡し、気体燃料の圧力を制御するように構成された第２の圧力調整器（２８）と、
前記気体燃料供給ラインと混合気供給ラインとの間の流れ連絡を提供する第２のオリフィス（３２）を画定する第２のオリフィスプレート（３０）であって、前記第２のオリフィスが、チョークされた気体燃料の流れを前記混合気供給ラインに提供するように構成された第２のオリフィスプレート（３０）と
を備える請求項７記載のシステム（１０）。
【請求項９】
さらに、前記第１のマイクロホットプレート（５０）および前記第２のマイクロホットプレート（６０）のそれぞれと動作制御連絡する温度制御回路（７０）を備え、前記温度制御回路が、前記第１のマイクロホットプレートおよび前記第２のマイクロホットプレートを実質的に一定の温度で保つ請求項７記載のシステム（１０）。
【請求項１０】
前記流量制御デバイス（１２）が、さらに、
空気供給ライン（１６）と混合気供給ライン（４２）との間の流れ連絡を提供する第１のオリフィス（２２）を画定する第１のオリフィスプレート（２０）であって、前記第１のオリフィスが、チョークされた空気の流れを前記混合気供給ラインに提供するように構成された第１のオリフィスプレート（２０）と、
気体燃料供給ライン（２６）と前記混合気供給ラインとの間の流れ連絡を提供する第２のオリフィス（３２）を画定する第２のオリフィスプレート（３０）であって、前記第２のオリフィスが、チョークされた気体燃料の流れを前記混合気供給ラインに提供するように構成された第２のオリフィスプレート（３０）と
を備える請求項７記載のシステム（１０）。
【請求項１】
気体燃料の低位発熱量を測定するためのセンサ（４５）であって、
チャンバ（４８）を画定するエンクロージャ（４６）であって、前記チャンバが、前記チャンバに可燃性混合気を供給するように構成された混合気供給ライン（４２）と流れ連絡するエンクロージャ（４６）と、
前記チャンバ内部に位置決めされ、少なくとも１つの流れ表面（５２）を備える第１のマイクロホットプレート（５０）であって、前記少なくとも１つの流れ表面が、前記チャンバを通って流れる前記混合気に接触するように構成された第１のマイクロホットプレート（５０）と、
前記チャンバ内部に、前記第１のマイクロホットプレートに対して位置決めされた第２のマイクロホットプレート（６０）であって、前記混合気の燃焼を開始するように構成された触媒コーティング材料で被覆された少なくとも１つの流れ表面（６２）を備える第２のマイクロホットプレート（６０）と、
前記チャンバと流れ連絡するセンサ排気部（９０）と
を備えるセンサ（４５）。
【請求項２】
前記第１のマイクロホットプレート（５０）が、前記第１のマイクロホットプレートから前記混合気への対流および伝導熱損失による、実質的に一定の温度を保つために必要とされるパワーの変化を測定するように構成され、前記第２のマイクロホットプレート（６０）が、前記混合気の燃焼による、実質的に一定の温度を保つために必要とされるパワーの変化を測定するように構成された請求項１記載のセンサ（４５）。
【請求項３】
前記第１のマイクロホットプレート（５０）が、前記混合気の流れの方向に対して前記第２のマイクロホットプレート（６０）と直列に並べられている請求項１記載のセンサ（４５）。
【請求項４】
前記第１のマイクロホットプレート（５０）が、前記混合気の流れの方向に対して前記第２のマイクロホットプレート（６０）と並列に位置合わせされた請求項１記載のセンサ（４５）。
【請求項５】
さらに、前記第１のマイクロホットプレート（５０）および前記第２のマイクロホットプレート（６０）のそれぞれと動作制御連絡する温度制御回路（７０）を備え、前記温度制御回路が、前記第１のマイクロホットプレートおよび前記第２のマイクロホットプレートを実質的に一定の温度で保つように構成された請求項１記載のセンサ（４５）。
【請求項６】
前記温度制御回路（７０）が、実質的に一定の温度を保つために、前記第１のマイクロホットプレート（５０）および前記第２のマイクロホットプレート（６０）のそれぞれに供給されるパワーを変えるように構成された請求項５記載のセンサ（４５）。
【請求項７】
気体燃料の低位発熱量を測定するためのシステム（１０）において、
可燃性混合気を提供するために、空気の流量と気体燃料の流量との少なくとも一方を制御するように構成された流量制御デバイス（１２）と、
前記流量制御デバイスと流れ連絡するセンサ（４５）と、
前記センサと流れ連絡するセンサ排気部（９０）と、を有し、
前記センサ（４５）は、少なくとも１つの流れ表面（５２）を含む第１のマイクロホットプレート（５０）であって、前記第１のマイクロホットプレートから前記少なくとも１つの流れ表面をわたって流れる前記混合気への対流および伝導熱損失を測定するように構成された第１のマイクロホットプレート（５０）と、
前記第１のマイクロホットプレートに対して位置決めされた第２のマイクロホットプレート（６０）であって、燃焼生成物を生成するために前記混合気の燃焼を開始するように構成された触媒コーティング材料で被覆された少なくとも１つの流れ表面（６２）を備え且つ前記混合気の燃焼の熱を測定するように構成された第２のマイクロホットプレート（６０）と、を備え、
前記センサ排気部（９０）は、前記燃焼生成物の体積流量を測定するように構成されている、システム（１０）。
【請求項８】
前記流量制御デバイス（１２）が、さらに、
空気供給ライン（１６）と、
前記空気供給ラインと流れ連絡し、空気の圧力を制御するように構成された第１の圧力調整器（１８）と、
前記空気供給ラインと混合気供給ラインとの間の流れ連絡を提供する第１のオリフィス（２２）を画定する第１のオリフィスプレート（２０）であって、前記第１のオリフィスが、チョークされた空気の流れを前記混合気供給ライン（４２）に提供するように構成された第１のオリフィスプレート（２０）と、
気体燃料供給ライン（２６）と、
前記気体燃料供給ラインと流れ連絡し、気体燃料の圧力を制御するように構成された第２の圧力調整器（２８）と、
前記気体燃料供給ラインと混合気供給ラインとの間の流れ連絡を提供する第２のオリフィス（３２）を画定する第２のオリフィスプレート（３０）であって、前記第２のオリフィスが、チョークされた気体燃料の流れを前記混合気供給ラインに提供するように構成された第２のオリフィスプレート（３０）と
を備える請求項７記載のシステム（１０）。
【請求項９】
さらに、前記第１のマイクロホットプレート（５０）および前記第２のマイクロホットプレート（６０）のそれぞれと動作制御連絡する温度制御回路（７０）を備え、前記温度制御回路が、前記第１のマイクロホットプレートおよび前記第２のマイクロホットプレートを実質的に一定の温度で保つ請求項７記載のシステム（１０）。
【請求項１０】
前記流量制御デバイス（１２）が、さらに、
空気供給ライン（１６）と混合気供給ライン（４２）との間の流れ連絡を提供する第１のオリフィス（２２）を画定する第１のオリフィスプレート（２０）であって、前記第１のオリフィスが、チョークされた空気の流れを前記混合気供給ラインに提供するように構成された第１のオリフィスプレート（２０）と、
気体燃料供給ライン（２６）と前記混合気供給ラインとの間の流れ連絡を提供する第２のオリフィス（３２）を画定する第２のオリフィスプレート（３０）であって、前記第２のオリフィスが、チョークされた気体燃料の流れを前記混合気供給ラインに提供するように構成された第２のオリフィスプレート（３０）と
を備える請求項７記載のシステム（１０）。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−１０１５２８（Ｐ２００７−１０１５２８Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０５６１３（Ｐ２００６−２０５６１３）
【出願日】平成１８年７月２８日（２００６．７．２８）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２８日（２００６．７．２８）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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