具有廢氣體積測定功能的會產生廢氣的設施，尤其是船舶的製作方法

2023-08-07 21:01:06 1

專利名稱：具有廢氣體積測定功能的會產生廢氣的設施，尤其是船舶的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1所述的會產生廢氣的設施，尤其是船舶，包括一廢氣通道和一裝置，所述設施的廢氣從所述廢氣通道排放到所述設施的周圍環境中，所述裝置用於測定一經所述廢氣通道排放到所述周圍環境的廢氣體積。
背景技術：
諸如火電廠、工業生產系統、船舶等大型靜態或移動式設施由於排放有害物質 (例如⑶幻而成為氣候變遷與環境惡化的一大元兇。因此，人們期待在不久的將來能測定這類設施的廢氣體積，從而以授予排放許可的方式達到控制排放的目的。現有的方法是根據燃料消耗量、燃料成分、燃燒溫度等系統工作參數來間接測定廢氣體積。測定時普遍以這類設施中會產生廢氣的設備(例如內燃機或汽輪機)的製造商或運營商所提供的數據和工作參數與廢氣體積的關聯為基礎。然而無法通過客觀、獨立的途徑來驗證由此測得的廢氣體積。

發明內容
有鑑於此，本發明的目的是提供一種能夠在上述類型的設施中獨立地精確測定廢氣體積的方法，為此所需使用的裝置可以很方便地加裝到現有設施中，而且維護方便。本發明用以達成該目的的解決方案為一種如權利要求1所述的設施。有利設計方案請參閱從屬權利要求2至16。本發明會產生廢氣的設施具有一用於測定廢氣體積的裝置，該裝置包括多個在廢氣通道末端橫向於一廢氣的流向分布式布置在規定位置上的布拉格光柵，所述布拉格光柵形成在一光波導結構中，所述光波導結構由至少一個光波導構成，其中，所述布拉格光柵或者與一可為所述布拉格光柵加熱的加熱裝置相鄰布置，或者與一可為所述布拉格光柵製冷的製冷裝置相鄰布置。有光進入光波導結構後，這部分光在設於該光波導結構中的布拉格光柵上以與其原始傳播方向相反的方向被反向散射。反向散射光的光譜與光柵的光柵常數有關。光柵常數又與光柵溫度有關。在此情況下，如果用加熱裝置為布拉格光柵加熱或者用製冷裝置為其製冷，流經光柵的廢氣就會使一部分熱功率或製冷量流失。廢氣流速越高，流失的熱功率或製冷量就越多。亦即，在廢氣通道中流經布拉格光柵的廢氣會對布拉格光柵的溫度產生影響，而且是廢氣流速越高，影響程度就越大。然而布拉格光柵的光柵常數也會隨著光柵溫度的變化而變化。因此，反向散射光的光譜與流經布拉格光柵的廢氣的流速有關。如此一來，根據廢氣流速以及廢氣所流經的面積就能推導出流經光柵的廢氣體積。但是需要注意的是，大型工業生產系統或移動式系統的廢氣通道可能具有達到數平米的超大橫截面面積。因而不能指望廢氣的流動在整個橫截面上都是均勻的。這種情況下單憑定點測量是不夠的。這就需要將多個布拉格光柵橫向於廢氣流向(即沿廢氣通道的橫截面方向)分布式布置在規定位置上。這樣就能在廢氣通道的整個橫截面上實現廢氣的分布式流量測量，從而高度精確地測定廢氣體積，即使廢氣流動不均勻時也是如此。光波導直徑非常小，流阻也小，因此對於這樣一種分布式流量測量而言，光波導結構對廢氣流的流阻是可以忽略不計的，因而廢氣體積測定並不會影響系統運行。通過以上各項措施可以高度精確地直接測定廢氣體積，不用受制於製造商或運營商所提供的信息。所述至少一個光波導優選由一玻璃纖維構成，因為玻璃纖維能耐受極高的物理和 /或化學負荷，特別是耐熱性很好。但是所述光波導也可以由塑料纖維構成，這一點視具體用途而定。由於光波導結構和加熱裝置或製冷裝置布置在廢氣通道末端，本發明的裝置可以很方便地加裝到現有設施中，因為加裝操作不涉及廢氣通道的內部區域。此外還能保持暢通以便實施維護工作。 根據本發明，所述光波導結構和所述加熱裝置或所述製冷裝置不是直接布置在廢氣進入周圍環境所需經過的出口處，而是與該出口間隔一定距離。這是因為，廢氣在靠近廢氣出口的區域內已經在流經該出口的環境空氣影響下產生漩渦，偏離了其優選應垂直於光波導結構的正常流向。此外，廢氣有可能在這個區域內已經與來自於其他緊鄰煙囪的廢氣相混合。這兩種效應會導致廢氣體積測量不準確。而通過與出口間隔一定距離布置，可以確保廢氣在流向光波導結構和加熱裝置或製冷裝置時不受影響，也不與其他廢氣混合，從而實現廢氣體積的高精測量。上述距離優選滿足d > D/10，特別是D > d > D/10這一條件，其中的d是與所述出口之間間隔的距離，D是該出口的直徑。藉此可以創造足夠的距離來確保廢氣不受其他廢氣影響地垂直流向光波導結構，同時又能在廢氣通道末端使光波導結構獲得良好的暢通性。光波導結構和加熱裝置或製冷裝置與廢氣出口之間的距離可由光波導結構和加熱裝置或製冷裝置在廢氣通道內部的布置方式規定。作為替代和/或補充方案，所述距離也可以至少部分地由一增設在廢氣通道上的廢氣管接頭規定。所述廢氣管接頭優選是所述用於測定廢氣體積的裝置的組成部分。根據一種特別有利的設計方案，所述至少一個光波導布置在一剛性載體的一空腔中，所述載體的形狀規定所述光波導在所述廢氣通道中的分布，其中，所述載體同時還構成所述加熱裝置或所述製冷裝置。這樣能使光波導結構獲得較高的機械穩定性，同時還防止其與腐蝕性廢氣發生接觸，而且這種設計方案的結構特別簡單，因為該載體同時還構成加熱裝置或製冷裝置。如果所述載體同時還構成所述加熱裝置，則該載體優選由一可以通過通電來加熱的金屬管構成。所述光波導結構包括多個交叉的光波導區段，所述光波導區段構成一光波導網絡，其中，所述光波導網絡具有多個網格，所述網格的網格寬度優選滿足D*/3 > W>D*/10 這一條件，其中的W是網格寬度，D*是所述廢氣通道或所述廢氣管接頭在所述光波導網絡區域內的直徑，這種方案既能實現布拉格光柵的良好分布以精確測定廢氣體積，又能改善機械穩定性，減小廢氣流阻，同時又是一種結構簡單的實施方案。這個光波導網絡也可以由單獨一個光波導構成。所述光波導結構原則上也可以採用其他設計，例如具有呈螺旋狀或圓形分布的光波導，布拉格光柵則一個接一個地布置在其中。
為了實現穩定的機械固定，所述光波導結構和所述加熱裝置或所述製冷裝置優選鑲嵌在一框架中。所述框架可以在所述廢氣通道的末端或內部固定在所述廢氣通道上。作為替代方案，所述框架可由一支架固定在所述廢氣通道內部，其中，所述支架固定在所述廢氣通道末端。所述框架也可通過一鉸鏈與一固定在所述廢氣通道上的固定元件連接。通過設置鉸鏈，可以將框架從廢氣通道出口向外翻，這樣就能對廢氣通道實施檢驗和淨化措施，也方便了光波導結構和加熱裝置或製冷裝置的維護。所述載體上隨著時間的推移會沉積廢氣顆粒，因此所述用於測定廢氣體積的裝置優選包括一用於淨化所述光波導結構和/或所述加熱裝置或所述製冷裝置的一外表面的
淨化裝置。為了獲得流經所述布拉格光柵的廢氣的流速測量值並對此進行分析，所述用於測定廢氣體積的裝置優選包括至少一個用於將光射入所述光波導結構的光源和至少一個信號處理裝置，所述信號處理裝置根據被所述光波導結構中的布拉格光柵以與其原始傳播方向相反的方向反向散射的光測定所述廢氣沿所述光波導結構分布的流速並據此推導出流經的廢氣體積。根據另一有利設計方案，所述加熱裝置或所述製冷裝置可停用以便進行廢氣溫度測量。隨後就可以根據測得流速和廢氣密度測定廢氣質量。這個密度與空氣密度最接近， 但需要將密度與溫度之間的關係考慮在內。但是藉助在光波導結構的布拉格光柵上反向散射的光的光譜，同樣可以很方便地測定廢氣溫度或廢氣溫度分布。具體實現方式是在一段規定時間內不對布拉格光柵採取加熱或製冷措施，從而使其具有與廢氣相同的溫度。根據另一有利設計方案，所述會產生廢氣的設施還包括至少一個用於為所述廢氣中所包含的一有害物質測量濃度的傳感器和一分析單元，該分析單元可以根據所述廢氣中所包含的一有害物質的至少一個濃度測量值和一測得廢氣體積測定所述系統的有害物質排放量。根據一種特別有利的設計方案，所述會產生廢氣的設施包括一會產生廢氣的設備 (例如一內燃機或一汽輪機)和一用於所述會產生廢氣的設備的控制和/或調節裝置，其中，所述控制和/或調節裝置可以根據一測得廢氣體積、一測得廢氣溫度和/或一測得有害物質排放量對所述會產生廢氣的設備的運行進行控制或調節。


圖1為一廢氣通道，其中設有用於測定廢氣體積的裝置；圖2為網絡狀傳感單元的俯視圖；圖3為圖2所示的傳感單元配置框架後的俯視圖；圖4為沿圖3中IV-IV線所截取的剖面圖；圖5為用支架固定的傳感單元的剖面圖；圖6為設有多個廢氣管及傳感單元的煙囪；圖7為設有廢氣管接頭的傳感單元；圖8為圖7所示的傳感單元固定在廢氣通道末端；
圖9為可從廢氣通道中外翻的傳感單元；圖10為設有淨化裝置的傳感單元；圖11為沿圖10中XI-XI線所截取的剖面圖；以及圖12為一會產生廢氣的設施，其中設有會產生廢氣的設備及一控制和/或調節裝置。
具體實施例方式下文將藉助附圖所示的實施例對本發明及其如從屬權利要求中的特徵所述的其他有利設計方案進行詳細說明。圖1為一會產生廢氣的設備(未詳示)中的煙囪3的剖面圖。舉例而言，這個設施可以是大型的靜態或移動式系統，例如發電站、工業生產系統，特別是船舶。煙囪3構成廢氣通道2。該廢氣通道例如具有圓形橫截面。廢氣通道也可以採用其他橫截面形狀(例如矩形、方形、橢圓形)。用於測定經廢氣通道2或煙囪3排放到所述會產生廢氣的設施的周圍環境18中的廢氣體積的裝置10包括傳感單元11和與之連接的測量與分析單元，所述傳感單元在廢氣通道2中布置在廢氣通道2的末端。傳感單元11包括多個布拉格光柵5，這些布拉格光柵在廢氣通道2中垂直於廢氣流向4分布式布置在規定位置上且形成或嵌裝在光波導結構 6中。為清楚起見，光波導結構6在此僅包括一個呈直線分布的光波導7。但在實際操作中， 該光波導結構優選包括多個光波導，或者包括單獨一個大體非線性分布的光波導。光波導優選採用柔性玻璃纖維纜線。光波導7布置在金屬質薄壁管件8形式的剛性載體中，該管件垂直於廢氣流向布置在廢氣通道2中，其形狀規定光波導7在廢氣通道2中的分布。光波導7以可更換的方式布置在管件8的空腔9中，並且在管件8的保護下不會與廢氣直接接觸。當氣流流經管件8時，該管件會發熱並為光波導7起到加熱裝置的作用。光波導 7在其整個長度上均被管件8均勻加熱至一溫度，這個溫度比傳感單元11區域內的廢氣的溫度例如高50-100°C。可以使用例如由耐高溫鎳基合金(例如hconel合金)構成的外徑為1.5mm、內徑為0.5mm的鋼管，這樣的管件能耐受600°C及以上的溫度。作為為光波導 7加熱的替代方案，也可以在管件8中布置加熱絲，或者讓高溫流體流經管件8。測量與分析單元20包括光學定向耦合器21、光源22、信號處理裝置23、顯示單元 M和電流源25。光波導7通過光學定向耦合器21與光源22及信號處理裝置23連接。定向耦合器21將光源22所發射的光輸入光波導7並且將從該光波導反向散射的光輸出到信號處理裝置23。顯示單元M布置在信號處理裝置23下遊。電流源25用於為管件8供電並且可由信號處理裝置23啟動和停用。電流源25啟動後，管件8在光波導7的整個長度上將該光波導連同布拉格光柵5 —起均勻加熱。布拉格光柵5沿光波導7以相同的或者彼此間互不相同的光柵周期形成在該光波導中的規定位置上。如果所用布拉格光柵5具有不同的光柵周期，就優選使用在寬帶範圍內發光的光源22。如果所用布拉格光柵具有相同或大體相同的光柵周期，就優選使用脈衝式單色光源22。布拉格光柵5由一周期序列的盤形區域構成，這些區域的折射率不同於光波導7的芯部的尋常折射率。
如果強度在波長上呈寬帶分布的光入射到具有不同光柵周期的布拉格光柵5中， 就有一小部分光分別以與相應光柵的光柵周期有關的特徵性光譜強度分布在這些布拉格光柵上被反向散射。光波導7在布拉格光柵5區域內的局部溫度變化會引起局部的長度擴展或長度收縮，進而引起光柵周期的改變，這會使得反向散射光的光譜強度分布發生位移。位移幅度就是測定長度變化和溫度變化的一個依據。用所述光波導結構測量廢氣體積時需要先對布拉格光柵5進行溫度測量。再根據布拉格光柵5的溫度推斷廢氣在廢氣通道2中的流速，再根據該流速推斷廢氣體積。為此需要啟動電流源25，向管件8輸出電功率，使得光波導7相對於其周圍環境， 特別是相對於廢氣溫度升高。光波導7在此過程中被加熱至一溫度，在沒有廢氣流經的情況下，這個溫度將會高於流經光波導7的廢氣的溫度。但是，流經布拉格光柵5的廢氣會使得管件8所輸出的熱功率流失一部分，因而此時布拉格光柵5的發熱程度會小於無廢氣流經時的發熱程度。流經廢氣的溫度相對較低，因此其流速越大，流失的熱功率就越多。信號處理裝置23包括光譜分析儀和計算裝置，所述光譜分析儀用於測定被各個布拉格光柵5反向散射的光的光譜分布，所述計算裝置用於測定以一參考位置為參照的位移幅度並將該位移幅度換算成以一參考溫度(該參考溫度下的光譜分布即處於參考位置) 為參照的溫度變化。為每一單個布拉格光柵5實施上述步驟，從而獲得整個光波導7上設有布拉格光柵5的位置上的溫度分布。信號處理裝置23可以根據這部分溫度測定整個光波導7上設有布拉格光柵5的位置上的廢氣流速，據此推導出穿過廢氣通道2的廢氣體積並將其輸出到顯示單元M上。 廢氣通道在光波導結構6區域內的總橫截面面積分割成多個圍繞不同布拉格光柵5的分區。根據某一分區的布拉格光柵5所測得的流速和該分區的面積可以測定流經該分區的廢氣體積。將流經所有分區的廢氣(分)體積相加就能得出流經的廢氣總體積。如果再對不同測量點之間的流速進行內插運算，藉此將這些分區上的流速分布考慮在內，就能進一步提高精確度。這樣就不是定點測量，而是覆蓋整個通流橫截面的流量測量。在廢氣通道 2的橫截面面積達到數平米的情況下，通過這種方式也能達到較高的廢氣體積測定精度，廢氣通道2內的流阻則不會發生明顯變化。而當廢氣通道2的橫截面面積較小時，用單獨一個布拉格光柵就能測定廢氣體積，亦即，廢氣體積的測定只需使用單獨一個包含單獨一個布拉格光柵的光波導。當所用布拉格光柵具有相同或大體相同的光柵周期時，信號處理裝置23還具有對光譜強度分布有變化的反向散射光的傳播時間進行檢測和分析的電子分析裝置。為能實現時間分辨測量，可以採用通信工程評估信號路徑品質時所使用的0TDR(0ptical Time Domain Reflectometry,光時域反身寸)技術。作為以管件8為加熱裝置的替代方案，也可以使用能為光波導7和嵌裝在該光波導內的布拉格光柵5製冷的製冷裝置。製冷劑則可以採用例如從管件8中流過的流體。這樣就可以將布拉格光柵5冷卻至一溫度，在沒有廢氣流經的情況下，這個溫度將會低於廢氣溫度。但是，流經布拉格光柵5的廢氣會使得製冷裝置19所輸出的製冷量流失一部分。 流經廢氣的溫度相對較高，因此其流速越大，流失的製冷量就越多。通過這種方式也能根據布拉格光柵5上所測得的溫度測定流速，再由信號處理裝置23據此推導出廢氣體積。
傳感單元11特別優選地還包括用於為廢氣中所包含的有害物質(例如Co2、NOx 或硫)測定濃度的傳感器30。傳感器30同樣與信號處理裝置23連接。信號處理裝置23 用作分析單元，該分析單元根據所測得的廢氣體積以及廢氣中所包含的有害物質的濃度測量值測定系統的有害物質排放量並輸出到顯示單元M上。這是一種以較低結構投入就能測定靜態或移動式設施(尤其是船舶)的廢氣排放量的方法。對廢氣中所包含的有害物質的濃度測量可以藉助市售測量設備以定點測量方式進行，或者通過雷射吸收光譜技術以分布式測量方式進行。從廢氣流向看，傳感器30布置在傳感單元11前面，因此出口 12區域內的渦流和廢氣混合現象不會對測量結果產生影響。管件8所輸出的熱功率優選具有可調性。在此情況下就可以按照廢氣溫度相應調節該熱功率，使得光波導7中產生肯定能被信號處理裝置23檢測到的溫差，而不必過多地轉換電功率。這種調節可以自動進行，具體實現方式是在信號處理裝置23的控制下，從一較低的初始值開始逐步提高由電流源25饋入所述管件的功率，直到信號處理裝置23發現沿光波導7形成明顯溫差為止。廢氣體積測量的解析度和精確度取決於廢氣通道2每單位面積內所設置的布拉格光柵5的數量以及這些布拉格光柵5沿光波導7的分布位置，可以通過相應設計來達到相關應用領域的要求。根據測得流速還能測定廢氣質量。為此只需測定廢氣密度。這個密度與空氣密度最接近，但需要將密度與溫度之間的關係考慮在內。藉助在光波導結構6的布拉格光柵5 上反向散射的光的光譜，同樣可以很方便地測定廢氣溫度或廢氣溫度分布。具體實現方式是在一段規定時間內不對布拉格光柵5採取加熱或製冷措施，從而使其具有與廢氣相同的溫度。為此，信號處理裝置23需要將用於為管件8加熱的電流源25停用一段規定時間。廢氣經出口 12進入設施1的周圍環境18，布置在廢氣通道2中的傳感單元11與該出口間隔距離d。距離d滿足D > d > D/10這一條件，其中的D是出口 12的最大直徑。測量與分析單元20可以在廢氣通道2外部布置在廢氣通道2的末端區域內，也可以布置在煙 3底部，或者布置在所述會產生廢氣的設施的自動化中心並通過電纜與傳感單元連接。布拉格光柵在廢氣通道2中能取得良好解析度的分布式布置可以通過不同的光波導結構和管件結構而實現。相關示例參見圖2至圖6，為清楚起見，這幾個圖僅示意了傳感單元11中的光波導結構6和布拉格光柵5，相應管件則予以圖示。如圖2所示，光波導結構6可由單獨一個光波導7構成，該光波導交替地從廢氣通道2的一側延伸至相對的另一側，從而形成光波導網絡17。光波導網絡17具有多個同等大小的網格13。每兩個網結之間各設有一個布拉格光柵5。光波導網絡17的網格13的網格寬度為W，網格寬度W滿足D*/3 > W > D*/10這一條件，其中的D*是煙囪3或廢氣通道 2在光波導網絡17區域內的直徑。在廢氣流阻較低的情況下進行測量時，這樣能實現良好的解析度。光波導結構6也可以由單獨一個或多個呈圓形或螺旋狀分布的光波導構成，或者由多個交叉的光波導區段構成。作為僅設單獨一個管件以及該管件中僅包含單獨一個光波導的替代方案，也可以設置兩個各包含一個光波導的相鄰平行管件，或者設置單獨一個包含兩個平行光波導的管件，這樣能提高冗餘度。如圖3和圖4所示，傳感單元11可鑲嵌在框架14中，這個框架藉助固定元件15 固定在廢氣通道2內部且與廢氣出口 12間隔一定距離d。傳感單元11的管件固定在框架 14中，但與框架14電性絕緣。框架14自身則與煙囪3或廢氣通道2導電連接。作為替代方案，框架14也可以由支架16固定在廢氣通道2內部，該支架固定在廢氣通道2或煙囪3的末端，見圖5。如果煙囪3如圖6所示具有多個各包含一個廢氣通道2的廢氣管50，就可為每個廢氣管50分別設置一個傳感單元11。在此情況下，每個傳感單元11可分別具有一個自有的測量與分析單元20，也可以讓所有傳感單元11共用一個測量與分析單元20。如圖7所示，傳感單元11包括廢氣管接頭31，這個廢氣管接頭與框架14固定連接且如圖8所示與框架14 一起安裝在廢氣通道2或煙囪3上，這樣也能至少部分地使傳感單元11與廢氣出口 12之間間隔一定距離d。圖9為如圖7和圖8所示的傳感單元11的示範性實施方案，其中的框架14優選藉助固定元件32固定在廢氣通道2或煙@上，並且框架14通過鉸鏈33與固定元件32連接。通過設置鉸鏈33，可以從煙囪3的出口 12將框架14連同廢氣管接頭31—起從水平位置翻轉至豎直位置，這樣就能對煙 3實施檢驗和淨化措施，也方便了傳感單元11的維護。如圖10中的俯視圖以及圖11中沿圖10中XI-XI線所截取的剖面圖所示，傳感單元11優選包括用於對傳感單元11的管件8的外表面進行淨化的淨化裝置34。淨化裝置 34包括多個布置在框架14中的壓縮空氣噴嘴35，這些壓縮空氣噴嘴均勻地分布式布置在框架14的周邊並且通過壓縮空氣管36與壓縮空氣源37連接，該壓縮空氣源布置在測量與分析單元22中且例如由信號處理裝置23控制。通過用壓縮空氣進行衝擊，可以將廢氣通道2或煙囪3的壁部區域內日積月累地沉積在傳感單元11的管件上的廢氣顆粒予以移除。 這樣就能避免廢氣與布拉格光柵之間的熱阻因管件上沉積廢氣顆粒而提高，從而避免測量結果受到影響。作為壓縮空氣的替代方案，也可以通過在管件8中產生能將管件溫度短時大幅提高的電流脈衝來淨化管件8的表面，或者藉助刷子以機械方式淨化管件8的表面。信號處理裝置23可以根據所提供的電熱功率與布拉格光柵上無廢氣流經時所測得的溫度之間的關係來推導汙染或沉積情況。圖12為一船舶形式的會產生廢氣的設施1，其包括會產生廢氣的設備40(例如內燃機或汽輪機)，這個會產生廢氣的設備通過螺旋槳軸41驅動螺旋槳42。會產生廢氣的設備40的廢氣被送入廢氣淨化裝置43，淨化後的廢氣經包含有廢氣通道的煙@ 3進入周圍環境。煙囪3的末端設有用於測定廢氣體積的裝置的傳感單元11。相應的測量與分析單元 20位於船舶內部且通過玻璃纖維纜線45和電纜46與傳感單元11連接。測量與分析單元 20例如可整合在船舶的上級自動化系統中。會產生廢氣的設備40的控制和/或調節裝置48通過一數據鏈路(在此為數據網絡47)與測量與分析單元20聯接並且從該單元接收關於廢氣體積、廢氣溫度和/或有害物質排放量的測量值。控制和/或調節裝置48可以根據測得廢氣體積、測得廢氣溫度和/或測得有害物質排放量對會產生廢氣的設備40的運行進行控制或調節，從而使會產生廢氣的設備40的運行得到優化。舉例而言，可以將會產生廢氣的設備40控制或調節至廢氣體積最小和/或有害物質排放量最低的工作點。所述數據網絡還與診斷與狀態監測系統49連接，該系統同樣接收關於廢氣體積、廢氣溫度和/或有害物質排放量的測量值。診斷與狀態監測系統49保存並分析這些測量值，並且在極限值被超過的情況下啟動應對措施。還可以藉助衛星通信系統將這些測量值遠程傳輸給監測中心。
權利要求
1.一種會產生廢氣的設施(1)，尤其是船舶，包括一廢氣通道( 和一裝置(10)，所述設施(1)的廢氣從所述廢氣通道排放到所述設施(1)的周圍環境(18)中，所述裝置用於測定一經所述廢氣通道(2)排放到所述周圍環境(18)的廢氣體積，其特徵在於，所述用於測定廢氣體積的裝置(10)包括多個在所述廢氣通道( 末端橫向於所述廢氣的流向(4)分布式布置在規定位置上的布拉格光柵(5)，一光波導結構(6)，所述布拉格光柵(5)形成在所述光波導結構中，其中，所述光波導結構(6)由至少一個光波導(5)構成，一與所述布拉格光柵( 相鄰布置且可為所述布拉格光柵( 加熱的加熱裝置(8)，或者一與所述布拉格光柵( 相鄰布置且可為所述布拉格光柵( 製冷的製冷裝置，其中，所述光波導結構(6)和所述加熱裝置(8)或所述製冷裝置布置在所述廢氣通道 (2)末端且與所述廢氣進入所述設施(1)的周圍環境(18)時所需經過的一出口(12)之間間隔一距離(d)。
2.根據權利要求1所述的設施(1)，其特徵在於，所述距離(d)滿足d>D/10，優選D>d>D/10這一條件，其中，d是與所述出口(12) 之間間隔的距離，D是所述出口(1 的直徑。
3.根據上述權利要求中任一項權利要求所述的設施(1)，其特徵在於，所述距離(d)由所述光波導結構(6)和所述加熱裝置(8)或所述製冷裝置在所述廢氣通道O)內部的布置方式規定。
4.根據權利要求1至3中任一項權利要求所述的設施(1)，其特徵在於，所述距離(d)至少部分地由一增設在所述廢氣通道( 上的廢氣管接頭(31)規定。
5.根據權利要求4所述的設施(1)，其特徵在於，所述廢氣管接頭(31)是所述用於測定廢氣體積的裝置(10)的組成部分。
6.根據上述權利要求中任一項權利要求所述的設施(1)，其特徵在於，所述至少一個光波導(7)布置在一剛性載體(8)的一空腔(9)中，所述載體的形狀規定所述光波導(7)在所述廢氣通道( 中的分布，其中，所述載體(8)同時還構成所述加熱裝置(8)或所述製冷裝置。
7.根據上述權利要求中任一項權利要求所述的設施(1)，其特徵在於，所述光波導結構(6)具有多個交叉的光波導區段(7a)，所述光波導區段構成一光波導網絡(17)，其中，所述光波導網絡(17)具有多個網格(13)，所述網格的網格寬度W優選滿足D*/3>W>D*/10這一條件，其中，W是所述網格寬度，D*是所述廢氣通道( 或所述廢氣管接頭(31)在所述光波導網絡(17)區域內的直徑。
8.根據上述權利要求中任一項權利要求所述的設施(1)，其特徵在於，所述光波導結構(6)和所述加熱裝置(8)或所述製冷裝置鑲嵌在一框架(14)中。
9.根據權利要求8所述的設施(1)，其特徵在於，所述框架(14)在所述廢氣通道O)的末端或內部固定在所述廢氣通道( 上。
10.根據權利要求8所述的設施(1)，其特徵在於，所述框架(14)由一支架(16)固定在所述廢氣通道O)內部，其中，所述支架(16)固定在所述廢氣通道( 末端。
11.根據權利要求8或9所述的設施(1)，其特徵在於，所述框架(14)通過一鉸鏈(3 與一固定在所述廢氣通道( 上的固定元件(32)連接。
12.根據上述權利要求中任一項權利要求所述的設施(1)，其特徵在於一用於淨化所述光波導結構(6)和/或所述加熱裝置(8)或所述製冷裝置的一外表面的淨化裝置(34)。
13.根據上述權利要求中任一項權利要求所述的設施(1)，其特徵在於至少一個用於將光射入所述光波導結構(6)的光源0 和至少一個信號處理裝置(23)，所述信號處理裝置根據被所述光波導結構(6)中的布拉格光柵(5)以與其原始傳播方向相反的方向反向散射的光測定所述廢氣沿所述光波導結構(6)分布的一流速並據此推導出流經所述廢氣通道⑵的廢氣體積。
14.根據上述權利要求中任一項權利要求所述的設施(1)，其特徵在於， 所述加熱裝置(8)或所述製冷裝置可停用以便進行一廢氣溫度測量。
15.根據上述權利要求中任一項權利要求所述的設施(1)，其特徵在於至少一個用於為所述廢氣中所包含的一有害物質測量濃度的傳感器(30)和一分析單元，所述分析單元可以根據所述廢氣中所包含的一有害物質的至少一個濃度測量值和一測得廢氣體積測定所述系統的有害物質排放量。
16.根據上述權利要求中任一項權利要求所述的設施(1)，其特徵在於，所述設施包括一會產生廢氣的設備GO)和一用於所述會產生廢氣的設備GO)的控制和/或調節裝置 (42)，其中，所述控制和/或調節裝置0 可以根據一測得廢氣體積、一測得廢氣溫度和/ 或一測得有害物質排放量對所述會產生廢氣的設備GO)的運行進行控制或調節。
全文摘要
本發明涉及一種會產生廢氣的設施(1)，尤其是船舶，包括一廢氣通道(2)和一裝置(10)，所述設施(1)的廢氣從所述廢氣通道排放到所述設施(1)的周圍環境(18)中，所述裝置用於測定一經所述廢氣通道(2)排放到所述周圍環境(18)的廢氣體積，根據本發明，所述用於測定廢氣體積的裝置(10)包括多個在所述廢氣通道(2)末端橫向於所述廢氣的流向(4)分布式布置在規定位置上的布拉格光柵(5)；一光波導結構(6)，所述布拉格光柵(5)形成在所述光波導結構中，其中，所述光波導結構(6)由至少一個光波導(5)構成；一與所述布拉格光柵(5)相鄰布置且可為所述布拉格光柵(5)加熱的加熱裝置(8)，或者一與所述布拉格光柵(5)相鄰布置且可為所述布拉格光柵(5)製冷的製冷裝置，其中，所述光波導結構(6)和所述加熱裝置(8)或所述製冷裝置布置在所述廢氣通道(2)末端且與所述廢氣進入所述設施(1)的周圍環境(18)時所需經過一出口(12)之間間隔一距離(d)。
文檔編號G01K11/32GK102575952SQ201080043616
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月28日 優先權日2009年9月29日
發明者託馬斯·博塞爾曼, 賴納·哈爾蒂希 申請人:西門子公司