(57)【要約】      （修正有）【課題】高い温度の気体に適用が容易な質量流量測定方法を提供する。【解決手段】所定の管を通って流れる昇温後の第１温度を有する気体媒体の流れの質量流量を測定するための方法であって、ａ）既知の質量流量であって第１温度よりも格段に低い第２温度とを有する気体媒体の基準流れを用意するステップと、ｂ）昇温後の第１温度を有する気体媒体の流れに基準流れを混合させるステップと、ｃ）昇温後の第１温度を有する気体媒体の流れに基準流れを混合させた結果の温度を測定するステップと、ｄ）昇温後の第１温度を有する気体媒体の流れの未知の質量流量を基準流れの既知の質量流量Ｍｒｅｆと、昇温後の第１温度Ｔ２と、基準流れの第２温度Ｔ１と、結果の温度Ｔ３１−Ｔ３ｘとから、以下の式：Ｍｘ＝Ｍｒｅｆ×（Ｔ１−Ｔ３ｘ）／（Ｔ３ｘ−Ｔ２）に基づいて求めるステップとを含む。【選択図】図１
2016020908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の管（Ｆ１−Ｆｘ）を通って流れる、昇温後の第１温度（Ｔ２）を有する気体媒体の流れの質量流量（Ｍ１−Ｍｘ）を測定するための方法であって、
ａ）既知の質量流量（Ｍｒｅｆ）と、前記第１温度よりも格段に低い第２温度（Ｔ１）とを有する、前記気体媒体の基準流れを用意するステップと、
ｂ）前記所定の管（Ｆ１−Ｆｘ）を通って流れる前記昇温後の第１温度（Ｔ２）を有する気体媒体の流れに、前記基準流れを混合させるステップと、
ｃ）前記所定の管（Ｆ１−Ｆｘ）を通って流れる前記昇温後の第１温度（Ｔ２）を有する気体媒体の流れに前記基準流れを混合させた結果の温度（Ｔ３１−Ｔ３ｘ）を測定するステップと、
ｄ）前記所定の管（Ｆ１−Ｆｘ）を通って流れる前記昇温後の第１温度（Ｔ２）を有する気体媒体の流れの未知の質量流量を、前記基準流れの前記既知の質量流量（Ｍｒｅｆ）と、前記昇温後の第１温度（Ｔ２）と、前記基準流れの前記第２温度（Ｔ１）と、測定された前記結果の温度（Ｔ３−Ｔ３ｘ）とから、以下の式：
【数１】
2016020908.tif 000006
に基づいて求めるステップとを含み、
但し、Ｍｘは、前記未知の質量流量であり、Ｍｒｅｆは、前記基準流れの前記既知の質量流量であり、Ｔ１は、前記第２温度であり、Ｔ２は、前記昇温後の第１温度であり、Ｔ３ｘは、前記混合させた結果の温度である
ことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記昇温後の第１温度（Ｔ２）を有する気体媒体の流れは、前記第１温度（Ｔ２）よりも格段に低い初期温度で供給された初期流れの一部であり、前記初期温度を、その後予熱器（１１）によって前記第１温度（Ｔ２）に加熱する
ことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記初期温度は、前記第２温度（Ｔ１）と等しく、
前記基準流れを、前記第２温度（Ｔ１）で供給された前記初期流れから分流し、
前記基準流れの質量流量を、流量計（１２）、特にコリオリ型の流量計（１２）によって測定する
ことを特徴とする、請求項２記載の方法。
【請求項４】
複数の並列した所定の管（Ｆ１−Ｆｘ）を設け、
前記所定の管（Ｆ１−Ｆｘ）のそれぞれは、前記昇温後の第１温度（Ｔ２）を有する気体媒体のそれぞれの流れを導き、
前記昇温後の第１温度（Ｔ２）を有する気体媒体のそれぞれの流れは、前記第１温度（Ｔ２）よりも格段に低い初期温度で供給された初期流れの一部であり、前記初期温度を、その後予熱器（１１）によって前記第１温度（Ｔ２）に加熱し、
前記基準流れを、対応する遮断弁（Ｖ１−Ｖｘ）によって複数の前記所定の管（Ｆ１−Ｆｘ）へと混流させる
ことを特徴とする、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記気体媒体は、気体燃料であり、
前記所定の管（Ｆ１−Ｆｘ）は、燃料供給システム、特にガスタービンの燃料供給システムの一部である
ことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項記載の方法を実施するための燃料供給システム（１０）、特にガスタービンのための燃料供給システム（１０）であって、
前記燃料供給システム（１０）は、燃料予熱器（１１）を備える燃料供給路（１４）を含み、前記燃料供給路（１４）は、前記燃料予熱器（１１）の下流において複数の燃料管（Ｆ１−Ｆｘ）へと分岐している
燃料供給システム（１０）において、
前記燃料予熱器（１１）の上流において、前記燃料供給路（１４）に基準質量流管（１７）が接続されており、
前記基準質量流管（１７）には流量計（１２）が設けられており、
前記基準質量流管（１７）は、前記流量計（１２）の下流において、それぞれの遮断弁（Ｖ１−Ｖｘ）によって選択的に前記各燃料管（Ｆ１−Ｆｘ）に接続可能である
ことを特徴とする、燃料供給システム。
【請求項７】
前記昇温後の第１温度（Ｔ２）と、前記基準流れの前記第２温度（Ｔ１）と、前記混合させた結果の温度（Ｔ３１−Ｔ３ｘ）とを測定するために、温度センサ（１５，１６；ＴＳ１−ＴＳｘ）が設けられており、
前記温度センサ（１５，１６；ＴＳ１−ＴＳｘ）と前記流量計（１２）とは、前記未知の質量流量を求めるための測定ユニット（１３）に接続されている
ことを特徴とする、請求項６記載の燃料供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して質量流量の測定に関し、特にガスタービン技術に関する。本発明は、請求項１の上位概念に記載の、気体媒体流れの質量流量を測定するための方法に関する。
【０００２】
本発明はさらに、方法を実施するための燃料供給システム、特にガスタービンの燃料供給システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
典型的に、高い気体温度において気体（体積）流量を測定するためには、オリフィス又はピトー管のような圧力差を生成する流量測定装置が使用される。質量流量は、気体濃度パラメータを追加的に測定することによって計算される。しかしながら、気体質量流量の全体の正確さは、典型的には１．２％より低い。
【０００４】
コリオリ流量計を用いると、高い気体温度に至るまで質量流量を直接的に測定することが可能である。高い気体温度で気体流量を正確に測定するためには、気体温度が高い状態で流量をゼロにした状態で流量計を較正しなければならない。この流量をゼロにする調整を動作上の制限により実施できない場合には、気体質量流量の全体の正確さは、気体温度が高い場合には悪化してしまう。
【０００５】
高温又は昇温後の気体温度（＞２００℃）において、燃料の気体質量流量を直接的に高精度で測定することは、既存の流量計では困難である。なぜなら、高い気体温度は、測定技術（例えばタービンホイールカウンタ）に制限を加えてしまうか、又は、測定値を複数回に亘って補正／較正する必要が生じ、これによって全体の正確さを低下させてしまうからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、昇温後の第１温度を有する気体媒体の流れの質量流量を測定するための方法であって、適用が容易であり、かつ高精度の測定を可能にする方法を提供することである。
【０００７】
さらなる課題は、上述した方法を実施するための気体燃料用の燃料供給システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題及びその他の課題は、請求項１に記載の方法と、請求項６に記載の燃料供給システムとによって解決される。
【０００９】
所定の管を通って流れる、昇温後の第１温度を有する気体媒体の流れの質量流量を測定するための本発明の方法は、
ａ）既知の質量流量と、前記第１温度よりも格段に低い第２温度とを有する、前記気体媒体の基準流れを用意するステップと、
ｂ）前記所定の管を通って流れる前記昇温後の第１温度を有する気体媒体の流れに、前記基準流れを混合させるステップと、
ｃ）前記所定の管を通って流れる前記昇温後の第１温度を有する気体媒体の流れに前記基準流れを混合させた結果の温度を測定するステップと、
ｄ）前記所定の管を通って流れる前記昇温後の第１温度を有する気体媒体の流れの未知の質量流量を、前記基準流れの前記既知の質量流量と、前記昇温後の第１温度と、前記基準流れの前記第２温度と、測定された前記結果の温度とから、以下の式：
【数１】
2016020908.tif 000003
に基づいて求めるステップとを含み、
但し、Ｍｘは、前記未知の質量流量であり、Ｍｒｅｆは、前記基準流れの前記既知の質量流量であり、Ｔ１は、前記第２温度であり、Ｔ２は、前記昇温後の第１温度であり、Ｔ３ｘは、前記混合させた結果の温度である。
【００１０】
本発明の１つの実施形態は、前記昇温後の第１温度を有する気体媒体の流れが、前記第１温度よりも格段に低い初期温度で供給された初期流れの一部であり、前記初期温度を、その後予熱器によって前記第１温度に加熱することを特徴とする。
【００１１】
特に、前記初期温度は、前記第２温度と等しく、前記基準流れを、前記第２温度で供給された前記初期流れから分流し、前記基準流れの質量流量を、流量計、特にコリオリ型の流量計によって測定する。
【００１２】
特に、複数の並列した所定の管を設け、前記所定の管のそれぞれは、前記昇温後の第１温度を有する気体媒体のそれぞれの流れを導き、前記昇温後の第１温度を有する気体媒体のそれぞれの流れは、前記第１温度よりも格段に低い初期温度で供給された初期流れの一部であり、前記初期温度を、その後予熱器によって前記第１温度に加熱し、前記基準流れを、対応する遮断弁によって複数の前記所定の管へと混流させる。
【００１３】
本発明の方法の別の実施形態は、前記気体媒体が、気体燃料であり、前記所定の管が、燃料供給システム、特にガスタービンの燃料供給システムの一部であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の方法を実施するための本発明の燃料供給システム、特にガスタービンのための燃料供給システムは、燃料予熱器を備える燃料供給路を含み、前記燃料供給路は、前記燃料予熱器の下流において複数の燃料管へと分岐している。
【００１５】
本発明の燃料供給システムは、前記燃料予熱器の上流において、前記燃料供給路に基準質量流管が接続されており、前記基準質量管には流量計が設けられており、前記基準質量流管は、前記流量計の下流において、それぞれの遮断弁によって前記各燃料管に選択的に接続可能であることを特徴としている。
【００１６】
本発明の燃料供給システムの１つの実施形態は、
前記昇温後の第１温度と、前記基準流れの前記第２温度と、前記混合させた結果の温度とを測定するために、温度センサが設けられており、前記温度センサと前記流量計とは、前記未知の質量流量を求めるための測定ユニットに接続されていることを特徴としている。
【００１７】
以下、本発明を、種々の実施例を用いて添付図面を参照しながらより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の１つの実施形態に基づく燃料供給システムの概略図である。
【実施例】
【００１９】
本発明の基本的な着想は、昇温後の未知の温度を有する予熱された気体流に、少量の既知の基準質量流れを混合させる前と後とにおける気体温度の測定値から、気体の質量流量を求めることである。本発明の方法は、複数の気体流に適用することができ、コストを著しく削減することができる。
【００２０】
図１は、本発明の１つの実施形態に基づく燃料供給システムの概略図を示す。図１の燃料供給システム１０は、気体燃料用の燃料供給路１４を含む。この燃料供給路１４を通って流れる燃料は、燃料予熱器１１へと流入し、燃料予熱器１１によって２００℃より高い昇温後の温度まで加熱される。燃料供給路１４は、燃料予熱器１１の下流において、ｘ個（ｘ＝２，３，４，・・・）の燃料管Ｆ１−Ｆｘへと分岐する。燃料予熱器１１の上流において、燃料供給路１４に基準質量流管１７が接続されており、流入した燃料の一部は、加熱されることなくこの基準質量流管１７へと流入する。基準質量流管１７には流量計１２が設けられており、この流量計１２は、基準質量流管１７を通って流れる燃料の質量流量を測定する。
【００２１】
基準質量流管１７は、流量計１２の下流において、それぞれの（制御可能な）遮断弁Ｖ１−Ｖｘによって前記ｘ個の燃料管Ｆ１−Ｆｘのそれぞれに選択的に接続させることができる。遮断弁Ｖ１−Ｖｘの１つが開弁されると、それに対応する燃料管Ｆ１−Ｆｘを通流している予熱された燃料流れに、基準質量流れが混合される。予熱された燃料の昇温後の温度Ｔ２は、予熱されていない基準質量流れの温度Ｔ１に比べて高いので、これら２つの流れを混合させた結果、それぞれ混合後の燃料温度Ｔ３１−Ｔ３ｘが生じることとなる。
【００２２】
予熱された燃料の昇温後の温度Ｔ２と、基準流れの温度Ｔ１と、混合させた結果の温度Ｔ３１−Ｔ３ｘとを測定するために、種々の温度センサ１５，１６，ＴＳ１−ＴＳｘが設けられている。温度センサ１５，１６；ＴＳ１−ＴＳｘと、流量計１２とは、未知の質量流量を求めるための測定ユニット１３に接続されている。
【００２３】
このように本システムは、主として気体供給部（１４）から構成されており、ここで、気体が１つ又は複数の分岐又は燃料管Ｆ１−Ｆｘへとさらに分配される前に、気体予熱器１１によって気体の温度が上昇される。供給された気体流れのうちの少量が、別添に図示したような気体予熱器１１の上流において取り出される。気体温度のための精密測温抵抗体（ＲＴＤ）センサ１５と、質量流量のためのコリオリセンサとを用いて、（予熱前の）低い気体温度Ｔ１と、基準質量流管１７内の質量流量Ｍｒｅｆとが精確に測定される。
【００２４】
次いで、基準質量流管１７は、予熱器１１の下流において個々の遮断弁Ｖ１−Ｖｘを介して各気体管Ｆ１−Ｆｘに接続され、ここでの気体の質量流量の測定が望まれている。質量流量の測定が実施される気体管に対して遮断弁が完全に開弁され、質量流量Ｍｒｅｆと温度Ｔ１とを有する基準気体と、未知の気体質量流量Ｍ１−Ｍｘ及び気体温度Ｔ２とが混合され、この結果、混合されたより低い気体温度Ｔ３１−Ｔ３ｘを有する、加算された気体質量流量ＡＭ１−ＡＭｘが生じる。
【００２５】
気体温度Ｔ２及びＴ３１−Ｔ３ｘは全て、精密ＲＴＤセンサ（１６及びＴＳ１−ＴＳｘ）を用いて測定される。
【００２６】
熱容量は燃料供給システム１０の全ての位置で同一であるという仮定と、熱力学第一法則とに基づいて、未知の気体質量流量Ｍｘを次のようにして計算することができる：
【数２】
2016020908.tif 000004
【００２７】
各燃料管Ｆ１−Ｆｘにおける最終的な質量流量ＡＭ１−ＡＭｘは、次のようになる。
【数３】
2016020908.tif 000005
【００２８】
この気体質量流量の正確さは、温度測定の正確さと、基準質量流量の正確さとに依存する。
【００２９】
基準質量流量は、０．３％もの正確さで測定することができ、ＲＴＤセンサの正確さは、０．１Ｋよりも良好でありうるので、気体質量流量の全体の正確さは、０．５％−１％となる。
【００３０】
利点：
・基準気体の質量流量は低い気体温度で測定されるので、非常に正確である。
・本発明の別の利点は、少量の質量流量だけを取り出すので、小型のコリオリ流量計で測定を実施することができることである（小型の容器で省スペース）。
・さらなる利点は、複数の気体分配管を測定するために唯１つの流量計しか必要としないので、非常に低コストに測定できることである。
・高温気体側では温度を測定するだけでよいので、気体の予熱温度は制限されない。
【符号の説明】
【００３１】
１０  燃料供給システム
１１  燃料予熱器
１２  流量計（例えばコリオリ型の流量計）
１３  測定ユニット
１４  燃料供給路
１５，１６  温度センサ
１７  基準質量流管
Ｆ１−Ｆｘ  燃料管
Ｍ１−Ｍｘ  燃料分配路Ｆ１−Ｆｘにおける質量流量
Ｍｒｅｆ  基準質量流量
Ｔ１  基準質量流管１７における燃料温度
Ｔ２  予熱後の燃料温度
Ｔ３１−Ｔ３ｘ  混合後の燃料温度
ＴＳ１−ＴＳｘ  温度センサ
Ｖ１−Ｖｘ  遮断弁
【図１】
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【外国語明細書】
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