CN107209090B - 废气取样系统和用于运行这种废气取样系统的方法 - Google Patents

Abstract

已知一种废气取样系统，其中从主输送管路(18)进行样品气体的取样，该样品气体被输送至样品气体袋(48)中，样品气体的内容接下来被分析。在两个检测周期之间必须为了避免错误的检测结果而完全排空样品气体袋(48)。为了同样使用独立的排空管路。但是因为排空需要很多时间，所以按照本发明建议，排空管路(66，70，78)接入主输送管路(18)中，从而实现通过主流通泵(24)进行排空或者至少通过主流通泵支持排空。在一个或多个排空管路(66，70，78)中安置有相应的阀门(68，72，80)，用于释放或关闭排空管路(66，70，78)。

Description

废气取样系统和用于运行这种废气取样系统的方法

本发明涉及一种废气取样系统，具有主输送管路；主流通泵，样品气体通过所述主流通泵能够被输送至主输送管路中；样品气体袋；样品气体取样管路，所述主输送管路与样品气体袋通过所述样品气体取样管路能够流体连通；流量控制件，所述流量控制件安置在所述样品气体取样管路中；分析仪，所述分析仪能够通过样品气体分析管路与所述样品气体袋相连。本发明还涉及一种运行这种废气取样系统的方法，其中，为了进行样品气体的取样而打开废气源；打开主流通泵，用于输送样品气体通过主输送管路；关闭在样品气体分析管路中的流量控制器或者开关阀；并且接下来为了分析废气而开启样品气体分析管路中的流量控制器或者开关阀；开启样品气体输送件并且在分析仪中分析来自样品气体袋的样品气体。

这种类型的废气取样系统以及相应的用于这种废气取样系统的方法是已知的，并且下述的法律规定也是已知的，根据该法律规定机动车的发动机不允许超过确定的废气排放极值，该法律规定例如是针对欧洲空气的ECE条款R83或者针对美国空气的联邦管理法规Nr.40。在这些法规中，除了排放极值绝大多数也规定了通过设备进行的样品取样的形式，所述设备以可变的稀释用于测量排放量。

这种设备例如是已知的CVS(等容积取样)设备。在这种设备中，废气始终被混合许多的空气，使得产生空气废气混合物的尽可能恒定的总体积流量。通过该设备在袋子中提取的样品接下来在分析仪中分析样品的有害物质含量。尤其测量二氧化碳、一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物的含量。

同样在分析之后在样品袋中残留有剩余的样品气体。因此在新的运行循环开始之前需要完全清空样品袋。通常通过真空泵实现，该真空泵安置在独立的排空管路中，该排空管路导引至排出口。

这种装置例如在DE 198 57 955 A1中已知。在这种装置中，样品袋位于压力固定的容器中，该容器通过负压输送件可以被排空。在排空管路中以及在导引至样品袋的主输送管路中以及在导引至分析仪的管路中分别安置有阀门，通过阀门可以关闭或释放管路。当填充袋子时容器处于恒定的负压中，由此避免在废气中的水蒸气的冷凝。通过打开样品袋的排气阀，在成功测量之后通过负压输送件也完全地清空样品袋。

为了降低空间和成本，作为负压输送件使用相对较小的具有较低输送量的泵。其结果是，用于排空的时间和由此在两个待测量的运行周期之间的时间相对较长。

因此本发明所要解决的技术问题是，提供一种废气取样系统以及相应的方法，借此实现明显更快的排空，而无需通过使用更大的泵产生更高的空间需求或更高的投资成本和运行成本。

通过排空管路能够在所述主流通泵和至少一个样品气体袋之间建立流体连接，并且在所述排空管路中安置有阀门，所述排空管路通过所述阀门能够被关闭和释放，由此实现了，主流通泵在排空袋子时被开启。主流通泵具有与其它用于排空所使用的真空泵明显更高的流通量，从而通过接入该排空管路明显缩短了排空时间。

根据所述方法进行废气取样，方法是，在提取样品气体时并且在进行废气分析时关闭在第一排空管路中的阀门，并且为了排空样品气体袋打开在第一排空管路中的阀门，同时开启主流通泵。相应地实现对样品袋的快速的排空。因为此时通常主流通泵可能会运行，用于在关闭废气源之后释放之前的运行周期的剩余废气的主输送管路，所以也不会产生附加的运行成本。相应地，使用主流通泵用于排空主输送管路和样品袋。

相应地，所述主流通泵在提取样品气体时、样品气体分析和排空样品气体袋时是开启的。由此无需重新提高主流通泵的功率。

优选地，所述排空管路在主流通泵的上游接入所述主输送管路中。由此，用于主流通泵的连接管路的长度可以被最小化，因此主输送管路的区段也用于排空样品袋。

在本发明的有利的实施方式中，所述排空管路在样品气体取样管路的下游接入所述主输送管路中。由此，在主输送管路的用于测量的重要的区段中通过来自样品袋的废气对主输送管路不会产生负载。由此，在第二步骤中不会影响主输送管路的冲洗作用。

在特别有利的实施方式中，所述排空管路在安置于主输送管路中的流量控制器的下游接入所述主输送管路中。在喷嘴和泵之间的区域中，可以通过泵产生在排空管路中通过主流通泵的用于排空的足够的负压。

特别优选的是，所述流量控制器设计为文丘里喷嘴，文丘里喷嘴尤其超临界地运行，从而可以实现成比例的取样。

优选的是，在所述排空管路中安置有真空泵。以这种方式可以在排空管路中提高负压并且由此降低排空时间。

在进一步的有利的实施方式中，第一排空管路和第二排空管路能够与至少一个样品气体袋流体连接，其中，在所述第二排空管路中安置有真空泵。相应地平行于样品气体借助主通流泵从袋子向外的输送、实现附加的排空，由此当第一管路关闭时袋子的清空被进一步的加速或者可以以更高的可实现的负压实现更佳的排空。

有利地，所述第二排空管路也在主流通泵的上游接入所述主输送管路中。这降低了所需的管路长度，支持了泵的气体输送并且可以实现所有包含废气的样品的共同的排出，使得接下来如果存在附加的清洁，也不再需要使用废气清洁器件、如过滤器或催化器。

为了在取样和废气分析时完全避免第二排空管路的通流，在所述第二排空管路中安置有阀门。

相应有利地，在排空样品气体袋时开启在第二排空管路中的真空泵，并且打开在第二排空管路中的阀门或者在管段中的阀门。由此，在第三步骤中确保第二排空管路的最大的穿流和由此确保样品袋以最大的速度清空。

备选有利的是，所述第一排空管路和第二排空管路具有共同的管段，在所述管段中安置有阀门。相应地，为了清空样品袋仅使用一个阀门，替代在两个排空管路中使用或切换两个阀门，由此降低了制造成本和运行成本。但是还始终可行的是，两个管路共同地打开和关闭。

为了确保样品气体从样品袋至分析仪的可能的输送和在没有分析时附加的样品气体分析管路的可能的关闭，在所述样品气体分析管路中安置有样品气体输送件和流量控制器或者开关阀。

优选地，所述主输送管路具有具备过滤器的空气进口和废气进口，所述废气进口与废气源相连。通过设置主流通量可以在所希望的用于取样的稀释比例中使用样品气体。

由此提供废气取样系统以及用于运行这种废气取样系统的方法，借此可以明显降低与已知的实施方式相比的用于废气分析的周期，方法是，降低样品袋的排空时间并且可以同时排空多个样品袋。在此，可以尽可能地不变地保持制造成本和运行成本。

按照本发明的废气取样系统的实施例在附图中以原理图方式示出并且以下同样如相关的用于控制的方法一样阐述。

附图以流程图的方式示出按照本发明的废气取样系统的原理图。

按照本发明的废气取样系统由空气进口10构成，在空气进口上安置有空气过滤器12。空气到达空气通道14，在空气通道内突伸有空气取样探测器15，在测量空气样品时通过空气取样探测器15持续地取样。空气通道14通入混合区域16，在那里空气与来自废气源17的废气均匀地混合，所述废气源与连接废气通道19的废气进口21相连。混合区域16是主输送管路18的第一区段，由空气和废气构成的样品气体流过主输送管路18。在主输送管路18内安置有用于调节样品气体的器件20，例如用于设置样品气体的固定温度的热交换器。附加地，用于测量温度和压力的测量器件22直接安置在主流通泵24的前面，样品气体通过主流通泵24被输送穿过主输送管路18。

在主输送管路18内突伸有一个或多个取样探测器26，样品气体的主要的样品可以通过取样探测器26取样。主流通泵24确保在主输送管路18内的足够的流通。压力测量设备28直接安置在主流通泵24的前面，通过该压力测量设备测量在主流通泵前面的压力。当使用在超临界区域内运行的文丘里喷嘴作为在主输送管路18内的流量控制器30时，由此确保了，提供安置在主流通泵24前面的文丘里喷嘴的用于保证临界运行的足够的压力，文丘里喷嘴的流通根据流体力学的规则以音速实现并且由此以已知的方式用作流量控制器30。但是应提示的是，所述设备也可以在亚临界区域运行。在主流通泵24的后面设有主输送管路18的排出口32。

通过空气取样探测器15被取样的空气经过空气样品管路34借助空气输送泵36被输送到收集袋38中。为了可以持续且清洁地对该气流取样，在空气样品管路34中安置有与流量测量设备40相连的流量控制器42和附加的空气过滤器43。

通过至少一个取样探测器26，样品气体借助样品气体输送泵44经过样品气体取样管路46输送至一个或多个样品气体袋48中。在样品气体取样管路46中，在样品气体输送泵44的上游是流量控制件50，该流量控制件根据布置在样品气体输送泵44下游的流量测量设备52的测量值进行控制，用于在气体取样时相对于总流量持续地或成比例地保持流量并且确保在运行循环的最后具有足够的样品量。流量控制件50和流量测量设备52可以由另外的文丘里喷嘴构成，该文丘里喷嘴产生流通量，其相对于在主输送通道中的流量是成比例的，因为在两个文丘里喷嘴上的压力和温度是相等的。此外，用于分离固体颗粒的过滤器54位于样品气体取样管路46内。

此外，样品气体袋48通过样品气体分析管路56与一个或多个分析仪64相连，在样品气体分析管路56中安置有流量控制器或者开关阀58以及样品气体输送件60和另外的流量测量设备62。在分析仪64中确定在废气中的有害物质、尤其碳氢化合物、二氧化碳、一氧化碳和氮氧化物在废气中的比例。

因为为了分析不需要使用在整个样品气体袋48中存储的样品气体的量，所以样品气体必须在进行废气分析之后在下一次测量之前完全被清空。通常，样品气体袋48首先被清空并且随后被再一次清洗，方法是，通过冲洗气体管路81借助风扇82在过滤器12的下游引导冲洗气体进入样品气体袋48中并且随后排空冲洗气体。在冲洗气体管路81中，为了打开和关闭冲洗气体管路81而安置有开关阀84。

按照本发明，废气取样系统为了排空样品气体袋48具有第一排空管路66，该排空管路在主流通泵24的上游并且在样品气体袋48的取样探测器26的下游接入主输送管路18，使得在样品气体袋48和主流通泵24之间建立流体连接。该流体连接可以通过安置在第一排空管路66中的阀门68关闭或打开。

所示的废气取样系统还具有第一排空管路66以外的另外的第二排空管路70，在第二排空管路中同样安置有阀门72，使得第二排空管路70通过该阀门72同样可以被关闭或释放。在第二排空管路70中附加地设有真空泵74，通过该真空泵可以产生附加的用于清空样品气体袋48的负压，但是该真空泵相比主流通泵24具有明显更低的最大流通量。在附图中用实线示出，第二排空管路70同样在主流通泵24的前面接入主输送管路18。该系统带来的优点是，所有的废气通过仅一个排出口向外输送。但是还可行的是，如通过虚线示出的，第二排空管路70导向独立的排出口76。

同样可设想，两个排空管路66、70具有共同的管段78，该管段78分为在继续的流程中的第一排空管路66和第二排空管路70。在该管段78中随之安置有一个阀门80，该阀门替代阀门72，从而或者两个排空管路66、70一同被释放或者关闭，或者备选地两个管路66、70通过阀门80被关闭并且在打开第二排空管路70时通过阀门68可以关闭第一排空管路66。

废气取样系统如此运行，使得检测循环通过启动废气源17开始。在该时间点上，主流通泵24输送样品经过主输送通道18。通过空气取样探测器15从空气通道14使样品气体流经过空气样品管路34借助空气输送泵36输送至收集袋38。同时，由废气和空气构成的样品气体通过一个或多个取样探测器26借助样品气体输送泵44经过样品气体取样管路46被输送至一个或多个样品气体袋48中。这种取样、即提取的样品气体流通过使用临界的文丘里喷嘴30、50相对于总流量成比例地实现。在第一排空管路66中的阀门68、在第二排空管路70中的阀门72以及在样品气体分析管路56中的流量控制器或开关阀58此时关闭，从而没有气体能从样品气体袋48中泄漏。相应地，真空泵74和样品气体输送件60也停止运行。

随着检测循环的结束，样品气体输送泵44停机。附加地在该第二步骤中启动样品气体输送件60并且打开开关阀58，使得样品气体从样品气体袋48经过样品气体分析管路56被输送至分析仪64。当该过程进行时，主流通泵24继续运行，以便吸走在主输送管路18中存在的剩余废气。

在所有分析实施之后，接下来必须在第三步骤中完全清空样品气体袋48。为此，打开两个阀门68、72并且开启真空泵74，从而通过两个排空管路66、70将在样品气体袋48中存在的剩余样品气体回流到主输送管路18。在此，在第二排空管路70中通过真空泵74，并且在第一排空管路66中通过继续运行的主流通泵24产生所需的压力降。主流通泵24此时虽然使空气通过空气过滤器12进入主输送管路18，但是尤其通过在空气过滤器和主流通泵之间的以及在排空管路66、70的进口前面在主输送管路18中安置的文丘里喷嘴50也产生针对排空管路66足够的压力降，尤其因为主流通泵24的输送率是所使用的真空泵的数倍。在排空之后，样品气体袋48通常再一次通过管路81被冲洗并且随后再次被排空。当然，收集袋38同样也可以与主输送管路18相连并且以相同的方式如同样品气体袋48被排空。为此，可以或者设置直接导入主输送管路18的独立的具有相应阀门的管路，或者使收集袋38与排空管路66、70、78中的一个或两个流体相连。

由此，通过该系统和相应的方法实现用于清空样品气体袋的明显较短的排空时间，而无需附加的输送件。由此，结构改变最大可能地不会导致成本升高，尤其当省去附加的真空泵时，必要时甚至可以减小成本。运行成本与是否使用一个或两个排空管路无关，因为用于清空袋子的时间降低了并且由此真空泵仅需运行较短的时间，所以运行成本减小了。

应明确的是，在独立权利要求的保护范围内可以仅需不同的改变。尤其在与所示的实施方式相比，必要时完全放弃第二排空管路。两个排空管路也可以局部地合并，从而可以省去控制阀。与所示的实施例相比，同样多个样品气体袋同时或相继地被填充。明确地提示是，按照本发明的废气取样系统和相应的方法不局限于仅具有一个袋子的取样。同样，该设备配有多个样品气体袋和/或多个取样探测器，它们随之以已知的方式设有相应数量的阀门和流量控制器。此外，所有在该设备上的必须被排空的样品袋、尤其空气收集袋可以通过这样连接的排空管路被清空。

Claims (15)

1.一种废气取样系统，具有

主输送管路(18)，

主流通泵(24)，样品气体通过所述主流通泵(24)能够被输送至主输送管路(18)中，

样品气体袋(48)，

样品气体取样管路(46)，所述主输送管路(18)与样品气体袋(48)通过所述样品气体取样管路(46)能够流体连通，

流量控制件(50)，所述流量控制件(50)安置在所述样品气体取样管路(46)中，

分析仪(64)，所述分析仪(64)能够通过样品气体分析管路(56)与所述样品气体袋(48)相连，

其特征在于，

通过第一和/或第二排空管路能够在所述主流通泵(24)和样品气体袋(48)之间建立流体连接，并且在所述第一和/或第二排空管路中安置有阀门，所述第一和/或第二排空管路通过所述阀门能够被关闭和释放。

2.按照权利要求1所述的废气取样系统，其特征在于，所述第一和/或第二排空管路在主流通泵(24)的上游接入所述主输送管路(18)中。

3.按照权利要求1或2所述的废气取样系统，其特征在于，所述第一和/或第二排空管路在样品气体取样管路(46)的下游接入所述主输送管路(18)中。

4.按照权利要求1所述的废气取样系统，其特征在于，所述第一和/或第二排空管路在安置于主输送管路(18)中的流量控制器(30)的下游接入所述主输送管路(18)中。

5.按照权利要求4所述的废气取样系统，其特征在于，所述流量控制器(30)是文丘里喷嘴。

6.按照权利要求1所述的废气取样系统，其特征在于，在所述第一和/或第二排空管路中安置有真空泵(74)。

7.按照权利要求6所述的废气取样系统，其特征在于，所述废气取样系统具有第一排空管路和第二排空管路，第一排空管路和第二排空管路能够与所述样品气体袋(48)流体连接，其中，在所述第二排空管路中安置有真空泵(74)。

8.按照权利要求7所述的废气取样系统，其特征在于，所述第二排空管路在主流通泵(24)的上游接入所述主输送管路(18)中。

9.按照权利要求7所述的废气取样系统，其特征在于，在所述第二排空管路中安置有阀门(72)。

10.按照权利要求7所述的废气取样系统，其特征在于，所述第一排空管路和第二排空管路具有共同的管段，在所述管段中安置有阀门。

11.按照权利要求1所述的废气取样系统，其特征在于，在样品气体分析管路(56)中安置有样品气体输送件(60)和流量控制器或者开关阀(58)。

12.按照权利要求1所述的废气取样系统，其特征在于，所述主输送管路(18)具有空气进口(10)和废气进口(21)，所述废气进口(21)与废气源(17)相连。

13.一种运行如前述权利要求之一所述的废气取样系统的方法，

其中，为了进行样品气体的取样而打开废气源(17)，

开启主流通泵(24)，用于输送样品气体通过主输送管路(18)，

关闭在样品气体分析管路(56)中的流量控制器或者开关阀(58)，

并且接下来为了分析废气而打开样品气体分析管路(56)中的流量控制器或者开关阀(58)，

开启样品气体输送件(60)并且在分析仪(64)中分析来自样品气体袋(48)的样品气体，

其特征在于，

在提取样品气体时并且在进行废气分析时关闭在第一排空管路中的阀门，

并且为了排空样品气体袋(48)打开在第一排空管路中的阀门，同时主流通泵(24)是开启的。

14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，所述主流通泵(24)在样品气体提取、样品气体分析和排空样品气体袋(48)时是开启的。

15.按照权利要求13或14所述的方法，其特征在于，在排空样品气体袋(48)时开启在第二排空管路中的真空泵(74)，并且打开在第二排空管路中的阀门(72)或者在管段中的阀门(80)。

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