[发明专利]废气体积测定装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于一静态或移动式设施(特别是船舶)的废气体积测定装置。

背景技术

诸如火电厂、工业生产系统、船舶等大型静态或移动式设施由于排放有害物质(例如CO2)而成为气候变迁与环境恶化的一大元凶。因此，人们期待在不久的将来能测定这类设施的废气体积，从而以授予排放许可的方式达到控制排放的目的。

现有的方法是根据设施的燃料消耗量、燃料成分、燃烧温度等工作参数来间接测定废气体积。测定时普遍以这类设施中的燃烧设备或内燃机的制造商或运营商所提供的数据和工作参数与废气体积的关联为基础。然而无法通过客观、独立的途径来验证由此测得的废气体积。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种能够在静态或移动式设施中独立地精确测定废气体积的废气体积测定装置。本发明的另一目的是提供该装置的操作方法及合理应用。

本发明用以达成该目的的解决方案为一种如权利要求1所述的废气体积测定装置。有利设计方案请参阅从属权利要求2至13。这种装置的操作方法请参阅权利要求14。本发明装置的合理应用请参阅权利要求15。

本发明用于一静态或移动式设施(特别是船舶)的废气体积测定装置包括多个在所述设施的废气通道中横向于一废气的流向分布式布置在规定位置上的布拉格光栅，所述布拉格光栅形成在一光波导结构中，所述光波导结构由至少一个光波导构成，其中，所述布拉格光栅或者与一可为所述布拉格光栅加热的加热装置相邻布置，或者与一可为所述布拉格光栅制冷的制冷装置相邻布置。

有光进入光波导结构后，这部分光在设于该光波导结构中的布拉格光栅上以与其原始传播方向相反的方向被反向散射。反向散射光的光谱与光栅的光栅常数有关。光栅常数又与光栅温度有关。在此情况下，如果用加热装置为布拉格光栅加热或者用制冷装置为其制冷，流经光栅的废气就会使一部分热功率或制冷量流失。废气流速越高，流失的热功率或制冷量就越多。亦即，在废气通道中流经布拉格光栅的废气会对布拉格光栅的温度产生影响，而且是废气流速越高，影响程度就越大。然而布拉格光栅的光栅常数也会随着光栅温度的变化而变化。因此，反向散射光的光谱与流经布拉格光栅的废气的流速有关。如此一来，根据废气流速以及废气所流经的面积就能推导出流经光栅的废气体积。

但是需要注意的是，大型工业生产设施或移动式设施的废气通道可能具有达到数平米的超大横截面面积。因而不能指望废气的流动在整个横截面上都是均匀的。这种情况下单凭定点测量是不够的。这就需要将多个布拉格光栅横向于废气流向(即沿废气通道的横截面方向)分布式布置在规定位置上。这样就能在废气通道的整个横截面上实现废气的分布式流量测量，从而高度精确地测定废气体积，即使废气流动不均匀时也是如此。光波导直径非常小，流阻也小，因此对于这样一种分布式流量测量而言，光波导结构对废气流的流阻是可以忽略不计的，因而废气体积测定并不会影响设施运行。通过以上各项措施可以高度精确地直接测定废气体积，不用受制于制造商或运营商所提供的信息。

根据测得流速还能测定废气质量。为此只需测定废气密度。这个密度对应于对空气密度的初步近似，但需要将密度与温度之间的关系考虑在内。借助在光波导结构的布拉格光栅上反向散射的光的光谱，同样可以很方便地测定废气温度或废气温度分布。具体实现方式是在一段规定时间内不对布拉格光栅采取加热或制冷措施，从而使其具有与废气相同的温度。

为了获得流经所述布拉格光栅的废气的流速测量值并对此进行分析，本发明的装置包括至少一个用于将光射入所述光波导结构的光源和至少一个信号处理装置，所述信号处理装置根据被所述光波导结构中的布拉格光栅以与其原始传播方向相反的方向反向散射的光测定所述废气沿所述光波导结构分布的流速并据此推导出穿过废气通道的废气体积。

所述至少一个光波导优选由一玻璃纤维构成，因为玻璃纤维能耐受极高的物理和/或化学负荷，特别是耐热性很好。但是所述光波导也可以由塑料纤维构成，这一点视具体用途而定。

所述光波导结构包括多个交叉的光波导区段，这种方案既能实现布拉格光栅的良好分布，又能改善机械稳定性，结构也很简单。

如果所述交叉的光波导区段进一步构成一光波导网络，所述布拉格光栅就能实现特别均匀的分布，这样就能根据在布拉格光栅上测得的各个流速很方便地推导出废气体积。这样一个光波导网络优选具有多个同等大小的网格，其中，每两个网结之间各设有一个布拉格光栅。

所述光波导网络可由单独一个光波导构成。借此能大幅降低光的射入以及分析反向散射光所需要的设备成本。