AT526265A1 - Device for preparing a gaseous medium - Google Patents
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Abstract
Es sind Vorrichtungen (10) zur Aufbereitung von Umgebungsluft für ein Flammenionisationsdetektor-Messgerät (12) mit einem Gehäuse (14), einem Katalysator (28) zur Oxidation von in der Umgebungsluft vorhandenen Kohlenwasserstoffen, der im Gehäuse (14) angeordnet ist, einem Heizelement (46), welches im Gehäuse (14) angeordnet ist, und einem Erwärmungskanal (44), der stromaufwärts des Katalysators (28) angeordnet ist, bekannt. Um diese möglichst kompakt aufzubauen und Energie einzusparen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Erwärmungskanal (44) im Gehäuse (14) des Katalysators (28) angeordnet ist und das Heizelement (46) zur Aufheizung des Erwärmungskanals (44) dient. Zusätzlich wird ein Messsystem zur Bestimmung von Kohlenwasserstoffen in einem Messgas vorgeschlagen, welches eine solche Vorrichtung (10) nutzt.These are devices (10) for processing ambient air for a flame ionization detector measuring device (12) with a housing (14), a catalyst (28) for oxidizing hydrocarbons present in the ambient air, which is arranged in the housing (14), and a heating element (46), which is arranged in the housing (14), and a heating channel (44) which is arranged upstream of the catalytic converter (28). In order to make this as compact as possible and save energy, the invention proposes that the heating channel (44) is arranged in the housing (14) of the catalytic converter (28) and the heating element (46) is used to heat the heating channel (44). In addition, a measuring system for determining hydrocarbons in a measuring gas is proposed, which uses such a device (10).
Description
Vorrichtung zur Aufbereitung eines gasförmigen Mediums Device for preparing a gaseous medium
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines gasförmigen Mediums mit einem Gehäuse, einem Katalysator, der im Gehäuse angeordnet ist, einem Heizelement, welches im Gehäuse angeordnet ist, und einem Erwärmungskanal, der stromaufwärts des Katalysators angeordnet ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Messsystem zur Bestimmung von Kohlenwasserstoffen in Messgasen mit einem Flammenionisationsdetektor-Messgerät mit einem Brenner, der in einem Brennraum angeordnet ist, einer Brenngasquelle, die mit einer Brenngaszuführleitung verbunden ist, einer Messgasquelle, die mit einer Messgaszuführleitung verbunden ist, einer Mischgasleitung, in die die Messgaszuführleitung und die Brenngaszuführleitung münden, und welche in den Brenner mündet, und einer Brennluftquelle, die mit einer The invention relates to a device for processing a gaseous medium with a housing, a catalyst which is arranged in the housing, a heating element which is arranged in the housing and a heating channel which is arranged upstream of the catalyst. The invention also relates to a measuring system for determining hydrocarbons in measuring gases with a flame ionization detector measuring device with a burner which is arranged in a combustion chamber, a fuel gas source which is connected to a fuel gas supply line, a measurement gas source which is connected to a measurement gas supply line, a mixed gas line , into which the measurement gas supply line and the fuel gas supply line open, and which opens into the burner, and a combustion air source which has a
Brennluftzuführleitung verbunden ist, die in den Brennraum mündet. Combustion air supply line is connected, which opens into the combustion chamber.
Flammenionisationsdetektor-Messgeräte (FID) sind in der Analysetechnik verbreitete Messgeräte zur Bestimmung der im Messgas enthaltenen organischen Verbindungen auf Kohlenstoffbasis, insbesondere der Kohlenwasserstoffe. Diese werden vor allem in der Petrochemie, der Pharmazie, im Erdgassektor sowie bei der Abgasanalyse von Flame ionization detector measuring devices (FID) are measuring devices commonly used in analysis technology for determining the carbon-based organic compounds contained in the sample gas, in particular hydrocarbons. These are primarily used in petrochemicals, pharmaceuticals, the natural gas sector and in exhaust gas analysis
Verbrennungsmotoren eingesetzt. Internal combustion engines are used.
Die Flammenionisationsdetektor-Messgeräte verwenden üblicherweise eine Flamme aus einem Wasserstoff- oder Wasserstoff-Heliumgemisch und Luft, die an einem Brenner erzeugt wird und in die eine Probe des zu analysierenden Probegases geleitet wird, um organische Moleküle zu oxidieren und Ionen zu erzeugen. Die Ionen werden gesammelt und erzeugen ein elektrisches Signal, das dann gemessen wird und ein Maß für den Anteil der organischen kohlenstoffhaltigen Verbindungen darstellt. The flame ionization detector meters typically use a flame of a hydrogen or hydrogen-helium mixture and air generated on a burner into which a sample of the sample gas to be analyzed is passed to oxidize organic molecules and produce ions. The ions are collected and produce an electrical signal, which is then measured and represents a measure of the proportion of organic carbon-containing compounds.
Um präzise Messwerte zu erhalten, ist es entsprechend erforderlich, Brennluft zu verwenden, welche keine kohlenwasserstoffhaltigen organischen Verbindungen aufweist. Entsprechend muss Umgebungsluft, die an einem Flammenionisations-Messgerät als Brennluft genutzt wird, zunächst von diesen Verbindungen befreit werden. Hierzu können Aktivkohlefilter oder Oxidationskatalysatoren verwendet werden. Die katalytische Aufbereitung der Umgebungsluft wird jedoch insbesondere in der Prozessindustrie aufgrund der deutlich geringeren Wartungskosten In order to obtain precise measured values, it is necessary to use combustion air that does not contain any hydrocarbon-containing organic compounds. Accordingly, ambient air that is used as combustion air in a flame ionization measuring device must first be freed of these compounds. Activated carbon filters or oxidation catalysts can be used for this. However, the catalytic treatment of the ambient air is particularly popular in the process industry due to the significantly lower maintenance costs
bevorzugt. preferred.
Um die Umgebungsluft ausreichend von Kohlenwasserstoffen mittels eines Katalysators zu reinigen, muss dieser eine entsprechende Betriebstemperatur aufweisen. Die Temperaturen sind unterschiedlich je nach Katalysatortyp - üblicherweise ist eine teilweise Konvertierung bereits bei etwa 250°C bis 280°C möglich, der beste Arbeitsbereich liegt abhängig vom Katalysatortyp z.B. zwischen 400°C und 800°C. Wird jedoch kalte Umgebungsluft in den Katalysator eingeführt, so führt dies wiederum zu einer Abkühlung des Katalysators, der durch zusätzliche Aufheizung entgegengewirkt werden muss, wobei vor allem im vorderen durchströmten In order to sufficiently clean the ambient air of hydrocarbons using a catalytic converter, it must have an appropriate operating temperature. The temperatures vary depending on the type of catalyst - partial conversion is usually possible at around 250°C to 280°C, the best working range is between 400°C and 800°C, for example, depending on the type of catalyst. However, if cold ambient air is introduced into the catalytic converter, this in turn leads to a cooling of the catalytic converter, which must be counteracted by additional heating, especially in the front one
Bereich des Katalysators der Wirkungsgrad verschlechtert wird. Area of the catalytic converter the efficiency is deteriorated.
So sind Katalysatoren bekannt geworden, bei denen die Umgebungsluft vorgewärmt wird. Beispielsweise beschreibt die WO 2005/087352 A1 einen Katalysator, dessen zugeführte Umgebungsluft zunächst über ein Vorheizelement aufgewärmt wird, während der Katalysator zwischen zwei Wärmetauscherplatten angeordnet ist, über die der Katalysator erwärmt Catalysts have become known in which the ambient air is preheated. For example, WO 2005/087352 A1 describes a catalyst whose supplied ambient air is first warmed up via a preheating element, while the catalyst is arranged between two heat exchanger plates via which the catalyst is heated
wird. becomes.
Problematisch an dieser Ausführung ist jedoch, dass der Platz- und Energiebedarf zum Aufheizen des Katalysators und des zugeführten Umgebungsluftstroms relativ groß ist. Auch ist die benötigte Aufheizdauer The problem with this design, however, is that the space and energy required to heat the catalytic converter and the ambient air flow supplied is relatively large. The heating time required is also important
zu lang. too long.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines gasförmigen Mediums sowie ein Messsystem zur Bestimmung von Kohlenwasserstoffen in Messgasen bereit zu stellen, mit denen der benötigte Bauraum und der benötigte Energieverbrauch reduziert werden. Des Weiteren soll die Aufheizzeit verkürzt werden, damit das System möglichst schnell betriebsbereit ist. The task is therefore to provide a device for preparing a gaseous medium and a measuring system for determining hydrocarbons in measuring gases, with which the required installation space and the required energy consumption are reduced. Furthermore, the heating time should be shortened so that the system is ready for operation as quickly as possible.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines gasförmigen Mediums mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 sowie ein Messsystem zur Bestimmung von Kohlenwasserstoffen mit den Merkmalen This task is achieved by a device for processing a gaseous medium with the features of main claim 1 and a measuring system for determining hydrocarbons with the features
des Anspruchs 20 gelöst. of claim 20 solved.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufbereitung eines gasförmigen Mediums weist ein Gehäuse auf, in dem ein Katalysator sowie ein Heizelement angeordnet sind. Des Weiteren weist die Vorrichtung einen Erwärmungskanal auf, der stromaufwärts des Katalysators angeordnet ist, also durchströmt wird, bevor der Katalysator von der Umgebungsluft durchströmt wird. Erfindungsgemäß ist dieser Erwärmungskanal ebenfalls im gleichen Gehäuse wie der Katalysator angeordnet. Das in dem Gehäuse angeordnete Heizelement dient dabei zur Aufheizung des The device according to the invention for processing a gaseous medium has a housing in which a catalyst and a heating element are arranged. Furthermore, the device has a heating channel which is arranged upstream of the catalytic converter, i.e. is flowed through before the ambient air flows through the catalytic converter. According to the invention, this heating channel is also arranged in the same housing as the catalytic converter. The heating element arranged in the housing serves to heat up the
Erwärmungskanals. heating channel.
Mit anderen Worten sind der Erwärmungskanal und der Katalysator im gleichen Gehäuse angeordnet. Die Heizwirkung auf den Katalysator selbst entsteht vor allem durch dessen Durchströmung mit der erwärmten Luft, welche vor dem Katalysator durch das Heizelement auf bis zu 400°C In other words, the heating channel and the catalyst are arranged in the same housing. The heating effect on the catalytic converter itself arises primarily from the flow of heated air through it, which reaches up to 400°C through the heating element in front of the catalytic converter
erwärmt wird. Da der Katalysator selbst im Gehäuse aufgrund seiner thermischen is heated. Since the catalytic converter itself is in the housing due to its thermal
Dehnungen in einem Material angeordnet werden muss, das einerseits die Expansions must be arranged in a material that, on the one hand,
entsprechenden Temperaturen verträgt und andererseits die zum Gehäuse the corresponding temperatures and on the other hand those to the housing
unterschiedlichen thermischen Dehnungen ausgleichen können muss, ist eine direkte Aufheizung des Katalysators schwierig. Es wird daher zur Vereinfachung des Aufbaus eine Aufheizung mittels der Luftvorwärmung verwendet, während der Katalysator in einem thermisch isolierenden Material angeordnet werden kann, so dass eine Abkühlung des Katalysators durch kalte Luftzuströmung oder ein kaltes umliegendes Gehäuse vermieden wird. Durch die Anordnung des Heizelementes mit dem Erwärmungskanal in dem gleichen Gehäuse wird somit nicht nur der Platzbedarf reduziert, sondern es kann auch auf eine zusätzliche aufwendige Aufheizung des Katalysators verzichtet werden, da dieser in einem erwärmten Gehäuse angeordnet ist und zusätzlich isoliert ist. Durch eine solche Anordnung kann die Aufheizung auf weniger als eine Stunde reduziert werden. Die Umgebungsluft kann genau auf die gewünschte Temperatur geregelt werden. So kann der Gesamtenergieverbrauch der must be able to compensate for different thermal expansions, direct heating of the catalyst is difficult. To simplify the structure, heating by means of air preheating is therefore used, while the catalyst can be arranged in a thermally insulating material, so that cooling of the catalyst due to cold air inflow or a cold surrounding housing is avoided. By arranging the heating element with the heating channel in the same housing, not only is the space requirement reduced, but additional, complex heating of the catalytic converter can also be dispensed with, since it is arranged in a heated housing and is additionally insulated. With such an arrangement, heating can be reduced to less than an hour. The ambient air can be regulated precisely to the desired temperature. So the total energy consumption of the
Vorrichtung im Vergleich zu bekannten Ausführungen reduziert werden. Device can be reduced compared to known designs.
Das erfindungsgemäße Messsystem zur Bestimmung von Kohlenwasserstoffen in Messgasen besteht aus einem Flammenionisationsdetektor-Messgerät mit einem Brenner, der in einem Brennraum angeordnet ist, und in dem in bekannter Weise die Ionen von Kohlenwasserstoffverbindungen ionisiert werden, wobei der entstehende Stromfluss zwischen einer Kathode und einer Anode durch die freiwerdenden Elektronen ein Maß für die im Messgas vorhandenen Kohlenwasserstoffe darstellt. The measuring system according to the invention for determining hydrocarbons in measuring gases consists of a flame ionization detector measuring device with a burner which is arranged in a combustion chamber and in which the ions of hydrocarbon compounds are ionized in a known manner, with the resulting current flow passing through between a cathode and an anode the electrons released represent a measure of the hydrocarbons present in the sample gas.
Unter dem Brenner wird hier der Teil verstanden, an dem ein brennbares Gas entzündet wird, so dass eine Flamme entsteht. Der Brennraum ist der die Flamme aufnehmende und umgebende Raum im The burner here means the part where a combustible gas is ignited so that a flame is created. The combustion chamber is the space that contains and surrounds the flame
Flammenionisationsdetektor. Flame ionization detector.
Des Weiteren weist das Messsystem eine Brenngasquelle, die mit einer Furthermore, the measuring system has a fuel gas source that is equipped with a
Brenngaszuführleitung verbunden ist, auf, wobei als Brenngas Fuel gas supply line is connected, being used as fuel gas
üblicherweise Wasserstoff oder ein Gemisch aus Wasserstoff und Helium verwendet wird. Auch kann eine Mischung aus Wasserstoff und Stickstoff Usually hydrogen or a mixture of hydrogen and helium is used. Also can be a mixture of hydrogen and nitrogen
genutzt werden. be used.
Zusätzlich besteht das System aus einer Messgasquelle, die das zu analysierende Gas enthält und mit einer Messgaszuführleitung verbunden ist. Diese Messgaszuführleitung mündet ebenso wie die Brenngasleitung in einer Mischgasleitung, welche in den Brenner führt und entsprechend im Brenner entflammt wird. Die Verbrennung muss unter Sauerstoff erfolgen, so dass in den Brennraum eine Brennluftzuführleitung mündet, die mit einer Brennluftquelle verbunden ist. Damit hier normale Umgebungsluft als Ausgangsgas verwendet werden kann, muss der aufgrund der freiwerdenden Elektronen der Kohlenwasserstoffverbindungen entstehende Stromfluss ausschließlich vom Kohlenwasserstoffgehalt im Messgas beziehungsweise Probengas abhängig sein, so dass die Brennluft frei von organischen Kohlenstoffverbindungen sein muss. Um dies zu erreichen, ist in der Brennluftzuführleitung eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines gasförmigen Mediums, vorzugsweise der Umgebungsluft für ein Flammenionisationsdetektor-Messgerät, angeordnet, bei dem ein Erwärmungskanal im gleichen Gehäuse wie der Katalysator angeordnet ist, so dass die Umgebungsluft im Katalysator von Kohlenwasserstoffen vollständig befreit wird, bevor die Messungen mit dem Flammenionisationsdetektor-Messgerät durchgeführt werden. Auf diese Weise kann nach kurzer Aufheizzeit auch bei der Verwendung von Umgebungsluft als Brennluft für den Brenner hochgenau die Kohlenwasserstoffkonzentration im Messgas bestimmt werden. In addition, the system consists of a sample gas source that contains the gas to be analyzed and is connected to a sample gas supply line. This measuring gas supply line, like the fuel gas line, opens into a mixed gas line which leads into the burner and is ignited accordingly in the burner. The combustion must take place under oxygen, so that a combustion air supply line opens into the combustion chamber and is connected to a combustion air source. In order for normal ambient air to be used as the starting gas, the current flow resulting from the electrons released by the hydrocarbon compounds must depend exclusively on the hydrocarbon content in the measurement gas or sample gas, so that the combustion air must be free of organic carbon compounds. In order to achieve this, a device for preparing a gaseous medium, preferably the ambient air for a flame ionization detector measuring device, is arranged in the combustion air supply line, in which a heating channel is arranged in the same housing as the catalyst, so that the ambient air in the catalyst is completely free of hydrocarbons before taking measurements with the flame ionization detector meter. In this way, the hydrocarbon concentration in the measurement gas can be determined with high precision after a short heating time, even when ambient air is used as combustion air for the burner.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise der Erwärmungskanal mäanderförmig im Gehäuse des _Katalysators ausgebildet. Durch diese Ausbildung kann auf einer sehr kurzen Strecke, die wenig Bauraum beansprucht, eine hohe Verweilzeit eines gasförmigen In the device according to the invention, the heating channel is preferably designed in a meandering shape in the housing of the catalytic converter. This design allows for a long residence time of a gaseous material over a very short distance that requires little space
Mediums, beispielsweise Umgebungsluft, im Erwärmungskanal und damit Medium, for example ambient air, in the heating channel and thus
hohe Aufheizung erzielt werden. Unter einem mäanderförmigen Kanal ist ein in irgendeiner Weise gewundener Kanal zu verstehen. Insbesondere ist unter einem mäanderförmigen Kanal ein Kanal mit einer Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Schlingen zu verstehen. Die Schlingen sind vorzugsweise so ausgeführt, dass jede Schlinge entgegen ihrer vorherigen und nachfolgenden Schlinge orientiert ist. high heating can be achieved. A meandering channel is a channel that winds in some way. In particular, a meandering channel is to be understood as meaning a channel with a plurality of successive loops. The loops are preferably designed so that each loop is oriented opposite to its previous and subsequent loops.
Das Heizelement ist vorteilhafterweise zwischen dem Katalysator und dem Erwärmungskanal angeordnet. So wird sichergestellt, dass sowohl der Kanal als auch die Umgebung des Katalysators ausreichend aufgeheizt werden. Es entsteht eine relativ gleichmäßige Temperaturverteilung im Gehäuse. The heating element is advantageously arranged between the catalyst and the heating channel. This ensures that both the channel and the surroundings of the catalytic converter are sufficiently heated. This creates a relatively even temperature distribution in the housing.
Das Heizelement ist vorzugsweise eine Heizpatrone. Dieser benötigt wenig The heating element is preferably a heating cartridge. This one requires little
Bauraum und ermöglicht eine genaue Temperaturregelung. Installation space and enables precise temperature control.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse aus einem Metall mit einer Wärmeleitfähigkeit von über 15 — hergestellt ist. So wird eine gute Furthermore, it is advantageous if the housing is made of a metal with a thermal conductivity of over 15. This is how it becomes a good one
Wärmeleitung im gesamten Gehäuse sichergestellt, wodurch sich relativ schnell ein einheitliches Temperaturniveau einstellt. Auch werden sowohl die Katalysatorumgebung als auch der Erwärmungskanal in kurzer Zeit aufgeheizt. Heat conduction is ensured throughout the entire housing, which means that a uniform temperature level is achieved relatively quickly. Both the catalyst environment and the heating channel are also heated up in a short time.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das Gehäuse aus Edelstahl ist. Dieses ist beständig gegen Korrosion und weist dennoch eine ausreichend gute Wärmeleitfähigkeit auf. It is particularly preferred if the housing is made of stainless steel. This is resistant to corrosion and still has sufficiently good thermal conductivity.
Das Gehäuse weist vorzugsweise einen Vollkörper auf, in dem lediglich Ausnehmungen für den Erwärmungskanal, das Heizelement, den Katalysator sowie gegebenenfalls vorhandene Sensoren ausgebildet sind. Durch die Verwendung des Vollkörpers entsteht eine gleichmäßige Wärmeleitung im gesamten Gehäuse. Isolierschichten durch Luft werden The housing preferably has a solid body in which only recesses are formed for the heating channel, the heating element, the catalytic converter and any sensors that may be present. Using the solid body creates uniform heat conduction throughout the entire housing. Insulating layers through air
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vermieden, so dass eine gleichmäßige Temperatur im Gehäuse nach kurzer avoided, so that a uniform temperature in the housing is achieved after a short time
Aufwärmzeit erreicht werden kann. warm-up time can be achieved.
Vorzugsweise ist der mäanderförmige Erwärmungskanal in einer Ebene angeordnet. Dies schafft die Möglichkeit, den Kanal einfach am Gehäuse herzustellen und diesen gut abzudichten. Preferably, the meandering heating channel is arranged in one plane. This makes it possible to easily create the channel on the housing and seal it well.
Entsprechend ist der mäanderförmige Erwärmungskanal bevorzugt als Nut an einer Oberfläche des Vollkörpers des Gehäuses ausgebildet und durch einen Deckel verschlossen. Der Erwärmungskanal kann so durch einfaches Fräsen in die Oberfläche des Vollkörpers eingebracht werden und anschließend durch den Deckel durch einfaches Aufschrauben verschlossen werden. Auf diese Weise werden Herstell- und Montagekosten reduziert. Accordingly, the meandering heating channel is preferably designed as a groove on a surface of the solid body of the housing and closed by a cover. The heating channel can be introduced into the surface of the solid body by simply milling and then closed by the cover by simply screwing it on. In this way, manufacturing and assembly costs are reduced.
In einer besonderen Ausführungsform ist der Katalysator durch einen Keramikkörper mit einer Vielzahl an beschichteten, parallel verlaufenden Kanälen gebildet. Vorzugsweise sind die Kanäle parallel zu einer Längsrichtung des Keramikkörpers bzw. parallel zu einer Mittelachse des Katalysators orientiert. Die Beschichtung weist insbesondere Platin, Palladium oder Rhodium auf. Diese Katalysatoren eignen sich besonders zur Bindung von Kohlenwasserstoffen durch Oxidation. Auf der Beschichtung werden die Kohlenwasserstoffe zu Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid oxidiert. Es entsteht ein kohlenwasserstofffreier Luftstrom am Auslass des Katalysators. In a special embodiment, the catalyst is formed by a ceramic body with a large number of coated, parallel channels. The channels are preferably oriented parallel to a longitudinal direction of the ceramic body or parallel to a central axis of the catalyst. The coating has in particular platinum, palladium or rhodium. These catalysts are particularly suitable for binding hydrocarbons through oxidation. On the coating, the hydrocarbons are oxidized to water vapor and carbon dioxide. A hydrocarbon-free air flow is created at the outlet of the catalytic converter.
In einer bevorzugten Ausbildung ist der Keramikkörper im Gehäuse von einer Zwischenschicht umgeben, die aus mineralischen Fasern besteht. Diese Mineralwolle isoliert einerseits den Katalysator, so dass dieser bei einer konstanten Temperatur betrieben werden kann und gleicht vor allem die entstehenden unterschiedlichen Dehnungen des Keramikkörpers im Vergleich zum umgebenden Edelstahlgehäuse auf, um Schäden bei der In a preferred embodiment, the ceramic body in the housing is surrounded by an intermediate layer which consists of mineral fibers. On the one hand, this mineral wool insulates the catalytic converter so that it can be operated at a constant temperature and, above all, compensates for the resulting different expansions of the ceramic body compared to the surrounding stainless steel housing in order to prevent damage to the catalytic converter
Aufheizung zu vermieden. To avoid heating.
In einer hierzu weiterführenden Ausführung ist die Zwischenschicht, die den Keramikkörper umgibt, aus Glasseide. Diese weist eine hohe Temperaturbeständigkeit und Festigkeit und ein geringes Gewicht auf. Die Verarbeitung von Glasseide ist im Vergleich zu anderen Mineralwollen einfacher. In a further version, the intermediate layer that surrounds the ceramic body is made of glass silk. This has high temperature resistance and strength and is low in weight. Processing glass fiber is easier compared to other mineral wools.
Das Heizelement erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Länge des Erwärmungskanals parallel zum Keramikkörper und zu der Ebene, in der der Erwärmungskanal angeordnet ist. So werden Temperaturgradienten des Gehäuses vermieden und es findet eine Aufheizung des gasförmigen Mediums bereits kurze Zeit nach dem Anfahren über die gesamte Lauflänge des Erwärmungskanals statt, wodurch die Aufheizzeit verringert wird und eine gleichmäßige Temperatur im Gehäuse erreicht wird. The heating element preferably extends over the entire length of the heating channel parallel to the ceramic body and to the plane in which the heating channel is arranged. This avoids temperature gradients in the housing and the gaseous medium heats up over the entire length of the heating channel just a short time after starting, which reduces the heating time and achieves a uniform temperature in the housing.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn im Gehäuse stromaufwärts des Keramikkörpers ein Einlassbereich des Katalysators ausgebildet ist, in den ein tangentialer Einlass mündet. Vorzugsweise ist der tangentiale Einlass im Wesentlichen normal zu einer Längsrichtung und/oder Mittelachse des Katalysators bzw. dessen Keramikkörpers orientiert. Durch den tangentialen Einlass entsteht im Einlassbereich eine spiralförmige Strömung, was dazu führt, dass der Katalysator über seinen gesamten Einlassquerschnitt gleichmäßig angeströmt wird und somit schnell aufheizt Furthermore, it is advantageous if an inlet region of the catalytic converter into which a tangential inlet opens is formed in the housing upstream of the ceramic body. Preferably, the tangential inlet is oriented essentially normal to a longitudinal direction and/or central axis of the catalytic converter or its ceramic body. The tangential inlet creates a spiral flow in the inlet area, which means that the catalytic converter is subjected to even flow over its entire inlet cross section and thus heats up quickly
sowie eine sehr gute Umsatzrate erzielt. and achieved a very good sales rate.
In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist der Einlassbereich mit dem mäanderförmigen Erwärmungskanal fluidisch verbunden, wobei der Einlassbereich einen zylindrischen Einlasskanal und einen sich daran anschließenden kegelstumpfförmig zum Keramikkörper erweiternden Zuströmabschnitt aufweist. Vorzugsweise fallen die Längsrichtung des Keramikkörpers bzw. Mittelachse des Katalysators, des zylindrischen In a further embodiment, the inlet region is fluidly connected to the meandering heating channel, the inlet region having a cylindrical inlet channel and an adjoining inflow section which widens in a frusto-conical shape towards the ceramic body. Preferably, the longitudinal direction of the ceramic body or the central axis of the catalytic converter is cylindrical
Einlasskanals und des Zuströmabschnitts zusammen. Der erwärmte Inlet channel and the inflow section together. It warmed up
Luftstrom gelangt somit tangential in den zylindrischen Einlasskanal, wo er sich wirbelförmig fortsetzt. Mit dem Einströmen in den sich erweiternden Zuströmabschnitt wird der rotierende Luftstrom zumindest durch die Zentrifugalkraft nach außen getragen und verteilt sich über den gesamten Konus, So dass der gesamte Querschnitt des Katalysators angeströmt wird, durch die warme Luft aufgeheizt wird und zur Umsetzung der Air flow thus enters the cylindrical inlet channel tangentially, where it continues in a vortex shape. As it flows into the widening inflow section, the rotating air flow is carried outwards at least by the centrifugal force and is distributed over the entire cone, so that the entire cross section of the catalytic converter is flowed through, heated by the warm air and used to implement the
Kohlenwasserstoffe betragen kann. Hydrocarbons can be.
Der Einlasskanal ist vorzugsweise über einen Verbindungskanal mit dem mäanderförmigen Erwärmungskanal fluidisch verbunden. Der Verbindungskanal erstreckt sich entsprechend von der Seite, an der der Erwärmungskanal ausgebildet ist, ins Innere des Gehäuses und kann so als einfache Bohrung ausgeführt werden, durch die der Erwärmungskanal mit dem Einlassbereich des Katalysators verbunden wird. The inlet channel is preferably fluidly connected to the meandering heating channel via a connecting channel. The connecting channel accordingly extends from the side on which the heating channel is formed into the interior of the housing and can thus be designed as a simple bore through which the heating channel is connected to the inlet region of the catalytic converter.
In einer weiterführenden Ausbildung der Erfindung mündet der Verbindungskanal tangential in den Einlasskanal, wobei der Querschnitt des Einlasskanals größer ist als der Querschnitt des Verbindungskanals vorzugsweise ist der Querschnitt des Einlasskanals doppelt so groß wie der Querschnitt des Verbindungskanals. Entsprechend strömt der Luftstrom über die Hälfte des Querschnitts des Einlasskanals ein. Bei der folgenden rotierenden Bewegung wird entsprechend der gesamte Querschnitt des Einlasskanals relativ gleichmäßig befüllt, was sich im Folgenden im kegelstumpfförmigen Zuströmabschnitt entsprechend fortsetzt und zu der optimierten Anströmung der Katalysatorkanäle führt. In a further development of the invention, the connecting channel opens tangentially into the inlet channel, the cross section of the inlet channel being larger than the cross section of the connecting channel, preferably the cross section of the inlet channel being twice as large as the cross section of the connecting channel. Accordingly, the air flow flows in over half of the cross section of the inlet channel. During the following rotating movement, the entire cross section of the inlet channel is filled relatively evenly, which continues accordingly in the truncated cone-shaped inflow section and leads to the optimized flow to the catalyst channels.
Der Anschluss der Vorrichtung wird besonders vereinfacht, indem ein Einlassstutzen des Gehäuses an der gleichen Seite ausgebildet ist wie ein Auslassstutzen und eine Hauptströmungsrichtung des Erwärmungskanals, die durch eine Verbindung zwischen dem Einlassstutzen und einem Auslass des Erwärmungskanals definiert ist, entgegengesetzt zur Durchströmungsrichtung des Keramikkörpers ausgerichtet ist. Die The connection of the device is particularly simplified in that an inlet port of the housing is formed on the same side as an outlet port and a main flow direction of the heating channel, which is defined by a connection between the inlet port and an outlet of the heating channel, is aligned opposite to the flow direction of the ceramic body . The
Anschlüsse der Vorrichtung ins System erfolgen entsprechend von der gleichen Seite, während im Innern eine Strömungsumkehr erfolgt, was auch The device is connected to the system from the same side, while the flow is reversed inside, which is also the case
zu einer Verringerung des benötigten Bauraums führt. leads to a reduction in the required installation space.
Vorzugsweise ist im Gehäuse ein Temperatursensor angeordnet. Über diesen kann das Heizelement exakt geregelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann über einen solchen Temperatursensor auch die Temperatur der Umgebungsluft beispielsweise am Auslass des Erwärmungskanals gemessen und über das Heizelement entsprechend geregelt werden. A temperature sensor is preferably arranged in the housing. The heating element can be precisely controlled using this. Alternatively or additionally, the temperature of the ambient air can also be measured via such a temperature sensor, for example at the outlet of the heating channel, and regulated accordingly via the heating element.
Es wird somit eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines gasförmigen Mediums sowie ein Messsystem zur Bestimmung von Kohlenwasserstoffen in Messgasen geschaffen, mit dem auf engstem Bauraum die Aufwärmzeit für die Aufbereitung von Umgebungsluft für Analysezwecke reduziert wird und sehr gute Umsatzraten im Katalysator erzielt werden. Die Herstell- und Wartungskosten sind dabei gering und gleichzeitig werden hochgenaue Ergebnisse des Messsystems bei der Messung von Kohlenwasserstoffen erreicht. A device for the preparation of a gaseous medium and a measuring system for the determination of hydrocarbons in measurement gases are thus created, with which the warm-up time for the preparation of ambient air for analysis purposes is reduced in a very small space and very good conversion rates in the catalyst are achieved. The manufacturing and maintenance costs are low and at the same time the measuring system achieves highly accurate results when measuring hydrocarbons.
Ein nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aufbereitung eines gasförmigen Mediums sowie ein entsprechendes Messystem zur Bestimmung von Kohlenwasserstoffen in Messgasen sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden beschrieben. A non-limiting exemplary embodiment of a device according to the invention for preparing a gaseous medium and a corresponding measuring system for determining hydrocarbons in measuring gases are shown in the figures and are described below.
Die Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aufbereitung eines gasförmigen Mediums in Seitenansicht. Figure 1 shows a perspective view of a device according to the invention for processing a gaseous medium in a side view.
Die Figur 2 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung aus Figur 1 in geschnittener Darstellung. Figure 2 shows a side view of the device from Figure 1 in a sectional view.
Die Figur 3 zeigt eine Ansicht der Vorrichtung aus den Figuren 1 und 2 von oben, wobei das Gehäuse durchsichtig dargestellt ist. Figure 3 shows a view of the device from Figures 1 and 2 from above, with the housing being shown as transparent.
Die Figur 4 zeigt eine Prinzipskizze eines Messsystems zur Bestimmung von Figure 4 shows a schematic sketch of a measuring system for determining
Kohlenwasserstoffen in Messgasen. Hydrocarbons in sample gases.
Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung 10 zur Aufbereitung eines gasförmigen Mediums wird im dargestellten Ausführungsbeispiel zur Aufbereitung von Umgebungsluft für ein FlammenionisationsdetektorMessgerät 12 verwendet. Die Vorrichtung 10 besteht aus einem einen Vollkörper 13 aufweisenden Gehäuse 14 aus Edelstahl, in dem vier Ausnehmungen 16, 18, 20, 22 zur Aufnahme verschiedener funktionaler Einheiten ausgebildet sind und an den zwei plattenförmige Deckel 24, 26 geschraubt sind. The device 10 shown in Figures 1 to 3 for processing a gaseous medium is used in the exemplary embodiment shown to prepare ambient air for a flame ionization detector measuring device 12. The device 10 consists of a housing 14 made of stainless steel with a solid body 13, in which four recesses 16, 18, 20, 22 are formed to accommodate various functional units and to which two plate-shaped covers 24, 26 are screwed.
In der ersten Ausnehmung 16 ist ein Katalysator 28 angeordnet, der aus einem zylindrischen Keramikkörper 30 insbesondere aus Aluminiumoxid, besteht, in dessen Inneren eine Vielzahl an zur Zylinderachse parallel verlaufenden Kanälen 32 ausgebildet sind, deren Innenwände beispielsweise mit Platin beschichtet sind, welches als katalytische Oberfläche zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen dient. Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Katalysator 28 zur Oxidation von in Umgebungsluft vorhandenen Kohlenwasserstoffen eingerichtet. A catalyst 28 is arranged in the first recess 16, which consists of a cylindrical ceramic body 30, in particular made of aluminum oxide, in the interior of which a large number of channels 32 running parallel to the cylinder axis are formed, the inner walls of which are coated, for example, with platinum, which acts as a catalytic surface used to oxidize hydrocarbons. According to the exemplary embodiment described, the catalyst 28 is set up to oxidize hydrocarbons present in ambient air.
Der Keramikkörper 30 ist radial von einer Zwischenschicht 34 umgeben, die aus einer Mineralwolle, insbesondere aus Glasseide besteht, so dass die Innenwände der ersten Ausnehmung 16 außen gegen die Glasseide anliegen und die radialen Außenwände des Keramikkörpers 30 innen gegen die Glasseide anliegen. Durch diese Zwischenschicht 34 werden thermische Dehnungsdifferenzen zwischen dem Edelstahlvollkörper des Gehäuses 16 und dem Keramikkörper 30 des Katalysators 28 ausgeglichen. The ceramic body 30 is surrounded radially by an intermediate layer 34, which consists of a mineral wool, in particular of glass fiber, so that the inner walls of the first recess 16 rest against the glass fiber on the outside and the radial outer walls of the ceramic body 30 rest against the glass fiber on the inside. This intermediate layer 34 compensates for thermal expansion differences between the solid stainless steel body of the housing 16 and the ceramic body 30 of the catalytic converter 28.
Die zweite Ausnehmung 18 ist als Nut 36 an einer Oberfläche 38 an einer Längsseite des Vollkörpers 13 ausgebildet, und befindet sich an einer von der ersten Ausnehmung entfernten Seite des Vollkörpers 13. Die Nut 36 erstreckt sich mäanderförmig auf dieser Oberfläche 38. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird diese Mäanderform hergestellt, indem eine Vielzahl paralleler Abschnitte der Nut 36 sich parallel zu den kurzen Querseitenflächen 40, 42 und damit senkrecht zur Mittelachse der ersten Ausnehmung 16 erstrecken, wobei diese parallelen Abschnitte jeweils durch kurze 180° Bögen verbunden sind, so dass ein Anfang der Nut 36 in der Nähe einer ersten Querseitenfläche 40 des Vollkörpers 13 angeordnet ist und ein Ende der Nut 36 in der Nähe der gegenüberliegenden zweiten Querseitenfläche 42 des Vollkörpers 13 angeordnet ist. Die Nut 36 wird durch den an die Oberfläche 38 der Längsseite geschraubten ersten Deckel 24 geschlossen, so dass ein mäanderförmiger Erwärmungskanal 44 gebildet wird, Der Erwärmungskanal 44 fungiert im dargestellten Ausführungsbeispiel als Lufterwärmungskanal für die Umgebungsluft. The second recess 18 is designed as a groove 36 on a surface 38 on a long side of the solid body 13, and is located on a side of the solid body 13 remote from the first recess. The groove 36 extends in a meandering shape on this surface 38. In the present exemplary embodiment This meander shape is produced by a plurality of parallel sections of the groove 36 extending parallel to the short transverse side surfaces 40, 42 and thus perpendicular to the central axis of the first recess 16, these parallel sections each being connected by short 180 ° arcs, so that a beginning of the Groove 36 is arranged near a first transverse side surface 40 of the solid body 13 and one end of the groove 36 is arranged near the opposite second transverse side surface 42 of the solid body 13. The groove 36 is closed by the first cover 24 screwed to the surface 38 of the long side, so that a meander-shaped heating channel 44 is formed. The heating channel 44 functions in the illustrated embodiment as an air heating channel for the ambient air.
Die dritte, zylindrisch geformte Ausnehmung 20 ist zwischen der Nut 36 und dem Katalysator 28 angeordnet und dient zur Aufnahme eines Heizelementes 46, welches als elektrische Heizpatrone 48 ausgeführt ist, und erstreckt sich parallel zur Mittelachse 28a des Katalysators 28 über die gesamte Länge von der ersten Querseitenfläche 40 zur zweiten Querseitenfläche 42 des Vollkörpers 13 des Gehäuses 14. The third, cylindrically shaped recess 20 is arranged between the groove 36 and the catalytic converter 28 and serves to accommodate a heating element 46, which is designed as an electric heating cartridge 48, and extends parallel to the central axis 28a of the catalytic converter 28 over the entire length of the first Transverse side surface 40 to the second transverse side surface 42 of the solid body 13 of the housing 14.
Die vierte Ausnehmung 22 erstreckt sich ebenfalls zwischen der ersten Ausnehmung 16 und der zweiten Ausnehmung 18 sowie parallel zur dritten The fourth recess 22 also extends between the first recess 16 and the second recess 18 and parallel to the third
Ausnehmung 20 und dient zur Aufnahme eines Temperatursensors 50. Recess 20 and serves to accommodate a temperature sensor 50.
An der ersten Querseitenfläche 40 ist der zweite Deckel 26 befestigt, an dem ein Einlassstutzen 52 und ein Auslassstutzen 54 ausgebildet sind. Der Einlassstutzen 52 ist über eine Bohrung 56 im Vollkörper 13 des Gehäuses 14 fluidisch mit dem Erwärmungskanal 44 verbunden. The second cover 26, on which an inlet port 52 and an outlet port 54 are formed, is fastened to the first transverse side surface 40. The inlet port 52 is fluidly connected to the heating channel 44 via a bore 56 in the solid body 13 of the housing 14.
Die Umgebungsluft gelangt über den Einlassstutzen 52 in den Erwärmungskanal 44 und wird dort durch die thermische Energie durch Bestromung der Heizpatrone 48 von Umgebungstemperatur auf bis zu 400°C erhitzt. Diese starke Erwärmung wird einerseits durch den gut thermisch leitenden Vollkörper 13 erreicht und andererseits durch den langen Laufweg und die damit verbundene lange Verweilzeit der Umgebungsluft in dem mäanderförmigen Erwärmungskanal 44. Die Hauptströmungsrichtung ist dabei vom Anfang des Kanals, also der ersten Querseitenfläche 40 in Richtung der gegenüberliegenden zweiten Querseitenfläche 42. Die Aufheizung des Gehäuses 14 und/oder die Temperatur der Umgebungsluft am Ende des Erwärmungskanals 44 wird mittels des Temperatursensors 50 überwacht und entsprechend die Heizleistung der Heizpatrone 48 auf entsprechende Werte eingestellt. The ambient air enters the heating channel 44 via the inlet connection 52 and is heated there from ambient temperature to up to 400 ° C by the thermal energy by energizing the heating cartridge 48. This strong heating is achieved on the one hand by the good thermally conductive solid body 13 and on the other hand by the long travel path and the associated long residence time of the ambient air in the meandering heating channel 44. The main flow direction is from the beginning of the channel, i.e. the first transverse side surface 40 in the direction of opposite second transverse side surface 42. The heating of the housing 14 and / or the temperature of the ambient air at the end of the heating channel 44 is monitored by means of the temperature sensor 50 and the heating output of the heating cartridge 48 is set to appropriate values.
Vom Ende des Erwärmungskanal 44 erstreckt sich ein Verbindungskanal 58 senkrecht zur Oberfläche 38 ins Innere des Vollkörpers 13 bis etwa in Höhe eines Einlassbereichs 60 des Katalysators 28, der unmittelbar gegenüberliegend zum Keramikkörper ausgebildet ist. Hier mündet der Verbindungskanal 58 in einen tangentialen Einlass 59 eines zylindrischen Einlasskanals 62 des Einlassbereichs 60, der auf der Mittelachse 28a des Katalysators 28 angeordnet ist und sich senkrecht zum Verbindungskanal 58 verlaufend in Richtung des Katalysators 28 erstreckt. Der Durchmesser des Verbindungskanals 58 ist etwa halb so groß wie der Durchmesser des Einlasskanals 62, so dass die tangentiale Einströmung über den halben Durchmesser erfolgt. Es entsteht eine spiralförmige Strömung im Einlasskanal 62, so dass etwa nach einer halben Umdrehung der Einlasskanal 62 über seinen gesamten Querschnitt durchströmt wird. Diese Wirbelströmung setzt sich im Einlasskanal 62 fort. Der Einlasskanal 62 mündet in einen sich kegelstumpfförmig zum Keramikkörper 30 sich erweiternden Zuströmabschnitt 64. Dies hat zur Folge, dass die Wirbelströmung sich aufgrund der Zentrifugalkraft zumindest entlang einer From the end of the heating channel 44, a connecting channel 58 extends perpendicular to the surface 38 into the interior of the solid body 13 to approximately at the level of an inlet region 60 of the catalytic converter 28, which is formed directly opposite the ceramic body. Here, the connecting channel 58 opens into a tangential inlet 59 of a cylindrical inlet channel 62 of the inlet region 60, which is arranged on the central axis 28a of the catalytic converter 28 and extends perpendicular to the connecting channel 58 in the direction of the catalytic converter 28. The diameter of the connecting channel 58 is approximately half the diameter of the inlet channel 62, so that the tangential inflow occurs over half the diameter. A spiral-shaped flow is created in the inlet channel 62, so that after approximately half a revolution the inlet channel 62 is flowed through over its entire cross section. This vortex flow continues in the inlet channel 62. The inlet channel 62 opens into an inflow section 64 which widens in a frusto-conical shape towards the ceramic body 30. This has the consequence that the vortex flow spreads at least along one due to the centrifugal force
Innenwand des Zuströmabschnitts 64 erweitert. Dadurch entsteht eine Füllung des gesamten Querschnitts des Einlassbereichs und insbesondere eines stromabwärtigen Endes des Zuströmabschnitts 64, der unmittelbar gegenüberliegend zu einem Einströmabschnitt 66 des Keramikkörpers Inner wall of the inflow section 64 expanded. This creates a filling of the entire cross section of the inlet area and in particular a downstream end of the inflow section 64, which is directly opposite an inflow section 66 of the ceramic body
ausgebildet ist. is trained.
Die erhitzte Umgebungsluft gelangt entsprechend in die beschichteten Kanäle 32 des Keramikkörpers 30 des Katalysators 28. Der Keramikkörper 30 wird durch diese warme Luft ebenfalls stark erwärmt, so dass nach spätestens einer Stunde Vorlaufzeit die Anspringtemperatur des Katalysators 28 erreicht ist. Je nach Katalysatortyp liegt diese Anspringtemperatur im Bereich von 250°C bis 350°C. Ab diesem Zeitpunkt werden in bekannter Weise durch die Platinbeschichtung der Kanäle 32 die in der erwärmten Umgebungsluft vorhandenen Kohlenwasserstoffe in Wasser und Kohlenstoffdioxid im Katalysator 28 umgewandelt, so dass aus dem Ende des Keramikkörpers 30 kohlenwasserstofffreie Luft ausströmt. Dabei wird der gesamte Querschnitt des Katalysators 28 genutzt. The heated ambient air reaches the coated channels 32 of the ceramic body 30 of the catalytic converter 28. The ceramic body 30 is also heated strongly by this warm air, so that the light-off temperature of the catalytic converter 28 is reached after one hour at the latest. Depending on the type of catalyst, this light-off temperature is in the range of 250°C to 350°C. From this point on, the hydrocarbons present in the heated ambient air are converted in a known manner into water and carbon dioxide in the catalytic converter 28 by the platinum coating of the channels 32, so that hydrocarbon-free air flows out of the end of the ceramic body 30. The entire cross section of the catalyst 28 is used.
Die ausströmende gereinigte Luft gelangt vom Ende des Keramikkörpers 30 in einen Ausströmbereich 68 des Katalysators 28, der die Form eines sich stetig verengenden Kegelstumpfes aufweist und an der zum Vollkörper 13 weisenden Seite des zweiten Deckels 26 ausgebildet ist. Dieser Ausströmbereich 68 mündet in dem am zweiten Deckel 26 ausgebildeten Auslassstutzen 54. Entsprechend wird der Katalysator 28 entgegengesetzt zur Hauptdurchströmungsrichtung des Erwärmungskanals 44 durchströmt. The outflowing cleaned air passes from the end of the ceramic body 30 into an outflow area 68 of the catalyst 28, which has the shape of a constantly narrowing truncated cone and is formed on the side of the second cover 26 facing the solid body 13. This outflow area 68 opens into the outlet connection 54 formed on the second cover 26. Accordingly, the catalyst 28 is flowed through in the opposite direction to the main flow direction of the heating channel 44.
In der Figur 4 ist dargestellt, wie diese Vorrichtung 10 zur Aufbereitung von Umgebungsluft in einem Messsystem zur Bestimmung von 4 shows how this device 10 for processing ambient air in a measuring system for determining
Kohlenwasserstoffen in Messgasen genutzt wird. Hydrocarbons are used in measurement gases.
Die Umgebungsluft wird aus der als Brennluftquelle 70 dienenden Umgebung gegebenenfalls über einen nicht dargestellten Filter angesaugt The ambient air is sucked in from the environment serving as a combustion air source 70, if necessary via a filter (not shown).
und gelangt in eine Brennluftzuführleitung 72 In dieser Brennluftzuführleitung 72 ist die oben beschriebene Vorrichtung 10 zur Aufbereitung für Umgebungslauft angeordnet, so dass aus dieser Vorrichtung von Kohlenwasserstoffen befreite Brennluft weiter durch die and enters a combustion air supply line 72. In this combustion air supply line 72, the above-described device 10 for processing ambient air is arranged, so that combustion air freed from hydrocarbons from this device continues through the
Brennluftzuführleitung 72 in einen Brennraum 74 einströmt. Combustion air supply line 72 flows into a combustion chamber 74.
Ein Brenner 76 des Flammenionisationsdetektor-Messgerät 12 wird über eine Mischgasleitung 78 mit einer Mischung aus einem Brenngas, insbesondere Wasserstoff oder ein Gemisch aus Wasserstoff und Helium, und einem zu analysierenden Messgas versorgt. Hierzu wird eine Brenngasquelle 80, beispielsweise eine Wasserstoffflasche, an eine Brenngaszuführleitung 82 angeschlossen und eine Messgasquelle 84 an eine Messgaszuführleitung 86 angeschlossen. Die Messgaszuführleitung 86 und die Brenngaszuführleitung 82 münden in die Mischgasleitung 78, die zum Brenner 76 führt. Um hier ein geregeltes Gemisch zuzuführen, sind in der Brenngaszuführleitung 82 und in der Messgaszuführleitung 86 geeignete, nicht dargestellte Regelorgane angeordnet. A burner 76 of the flame ionization detector measuring device 12 is supplied via a mixed gas line 78 with a mixture of a fuel gas, in particular hydrogen or a mixture of hydrogen and helium, and a measurement gas to be analyzed. For this purpose, a fuel gas source 80, for example a hydrogen bottle, is connected to a fuel gas supply line 82 and a measurement gas source 84 is connected to a measurement gas supply line 86. The measuring gas supply line 86 and the fuel gas supply line 82 open into the mixed gas line 78, which leads to the burner 76. In order to supply a regulated mixture here, suitable control elements (not shown) are arranged in the fuel gas supply line 82 and in the measurement gas supply line 86.
Das entstehende Mischgas wird in der entstehenden Knallgasflamme des Brenners 76 in der Umgebung der gereinigten Luft im Brennraum 74 verbrannt. Es entstehen durch Chemieionisation CHO*- und H3O*-Ionen. Diese werden durch eine angelegte Gleichspannung zwischen zwei Elektroden abgezogen. Es entsteht ein Strom im Pico-AmpereBereich, der zum Monitoring durch eine Elektronik verstärkt wird. Dieser Strom bildet nach der elektrischen Verstärkung ein Maß für im Messgas vorhandene organische Kohlenwasserstoffe. The resulting mixed gas is burned in the resulting oxyhydrogen flame of the burner 76 in the environment of the cleaned air in the combustion chamber 74. Chemical ionization produces CHO* and H3O* ions. These are drawn off by an applied direct voltage between two electrodes. A current in the pico-ampere range is created, which is amplified by electronics for monitoring. After the electrical amplification, this current forms a measure of the organic hydrocarbons present in the sample gas.
Durch die Verwendung der gereinigten Umgebungsluft entstehen Caused by the use of purified ambient air
hochgenaue Messungen, da Fehler durch in der Umgebungsluft vorhandene Highly accurate measurements because of errors present in the ambient air
Kohlenwasserstoffe vermieden werden. Hydrocarbons are avoided.
Dies wird durch eine Vorrichtung erreicht, welche sehr kompakt aufgebaut ist und sich so auch für den mobilen Einsatz eignet. Es wird eine relativ schnelle Aufheizung des Katalysators und der zu reinigenden Luft auf engstem Bauraum erreicht und hohe Umsatzraten durch die Nutzung der gesamten zur Verfügung stehenden katalytisch wirksamen Oberfläche des Katalysators erreicht. This is achieved by a device which is very compact and is therefore also suitable for mobile use. A relatively quick heating of the catalyst and the air to be cleaned is achieved in a very small space and high conversion rates are achieved by using the entire available catalytically active surface of the catalyst.
Es sollte deutlich sein, dass das beschriebene Ausführungsbeispiel nicht einschränkend auszulegen ist, sondern verschiedene Modifikationen denkbar sind. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für andere Anwendungsbereiche genutzt werden. Auch kann der mäanderförmige Kanal sich beispielsweise im Innern des Gehäuses und It should be clear that the exemplary embodiment described is not to be interpreted in a restrictive manner, but various modifications are conceivable. In particular, the device according to the invention can also be used for other areas of application. The meandering channel can also be located, for example, inside the housing and
über mehrere Ebenen erstrecken. extend over several levels.
Claims (1)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ATA50765/2022A AT526265A1 (en) | 2022-10-03 | 2022-10-03 | Device for preparing a gaseous medium |
Applications Claiming Priority (1)
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| AT526265A1 true AT526265A1 (en) | 2023-11-15 |
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| Country | Link |
|---|---|
| AT (1) | AT526265A1 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3762878A (en) * | 1971-04-19 | 1973-10-02 | Beckman Instruments Inc | Apparatus for analyzing ambient air |
| JPS60209165A (en) * | 1984-03-31 | 1985-10-21 | Shimadzu Corp | Hydrogen flame ionization detector |
| US6071481A (en) * | 1996-08-08 | 2000-06-06 | Mathews; Loren T. | Zero grade air generating system |
| US6572830B1 (en) * | 1998-10-09 | 2003-06-03 | Motorola, Inc. | Integrated multilayered microfludic devices and methods for making the same |
| WO2005087352A1 (en) * | 2004-03-15 | 2005-09-22 | Planet Co.,Ltd. | Environmental purification microreactor system |
| EP2837935A1 (en) * | 2013-08-01 | 2015-02-18 | Krohne Messtechnik GmbH | Method for producing a functional unit and functional unit |
| CN110286172A (en) * | 2019-07-24 | 2019-09-27 | 马鞍山市桓泰环保设备有限公司 | A kind of factory's circle medium/low concentration benzene series matter on-line monitoring system and on-line monitoring method |
| CN212008446U (en) * | 2020-01-06 | 2020-11-24 | 杭州谱育科技发展有限公司 | Chromatographic analysis device |
-
2022
- 2022-10-03 AT ATA50765/2022A patent/AT526265A1/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3762878A (en) * | 1971-04-19 | 1973-10-02 | Beckman Instruments Inc | Apparatus for analyzing ambient air |
| JPS60209165A (en) * | 1984-03-31 | 1985-10-21 | Shimadzu Corp | Hydrogen flame ionization detector |
| US6071481A (en) * | 1996-08-08 | 2000-06-06 | Mathews; Loren T. | Zero grade air generating system |
| US6572830B1 (en) * | 1998-10-09 | 2003-06-03 | Motorola, Inc. | Integrated multilayered microfludic devices and methods for making the same |
| WO2005087352A1 (en) * | 2004-03-15 | 2005-09-22 | Planet Co.,Ltd. | Environmental purification microreactor system |
| EP2837935A1 (en) * | 2013-08-01 | 2015-02-18 | Krohne Messtechnik GmbH | Method for producing a functional unit and functional unit |
| CN110286172A (en) * | 2019-07-24 | 2019-09-27 | 马鞍山市桓泰环保设备有限公司 | A kind of factory's circle medium/low concentration benzene series matter on-line monitoring system and on-line monitoring method |
| CN212008446U (en) * | 2020-01-06 | 2020-11-24 | 杭州谱育科技发展有限公司 | Chromatographic analysis device |
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