CN110121613A - 用于废气测量设备的冷凝物排放系统 - Google Patents

用于废气测量设备的冷凝物排放系统 Download PDF

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Abstract

已知一种用于废气测量设备(20)的冷凝物排放系统(16)，具有冷凝物分离器(18)和存在大气压的流出管道(56)。为了可靠地避免在将冷凝物从冷凝物容器排出时系统受到的反作用，按照本发明建议，在所述冷凝物分离器(18)中存在正压，并且在冷凝物分离器(18)与流出管道(56)之间布置有存在正压的中间存储器(40)，所述中间存储器(40)直接通过连接管道(38)与冷凝物分离器(18)连接，并且在所述中间存储器(40)中布置有浮子阀(42)，冷凝物能够通过浮子阀(42)排入流出管道(56)。

Description

用于废气测量设备的冷凝物排放系统
本发明涉及一种用于废气测量设备的冷凝物排放系统，该冷凝物排放系统具有冷凝物分离器和存在大气压的流出管道。
这类冷凝物排放系统在大量应用是已知的，并且用于将水从流体中分离、尤其用于将存在于气体中的水蒸气排出，否则气体中的水蒸气就会在下游机组中通过冷凝导致损坏。
在废气测量设施中，冷凝物分离器用于从包含具有水或水蒸气的废气的样气流中分离水。在燃料燃烧时产生水蒸气，水蒸气作为组分包含在废气流中，其中，在露点温度下，流体中的水蒸气刚好饱和。如果流体的温度降低到露点以下，则水蒸气冷凝并且冷凝物呈液相。一方面，测量设备中的这种冷凝可能导致例如光谱式工作的测量设备产生错误结果，另一方面，废气测量设施的机组被污染，从而测量设备的寿命例如由于腐蚀而减小。
特别重要的是，在低温、即低于废气混合物的露点的温度下工作的测量设备中防止水蒸气冷凝，因为在此特别需要考虑将水蒸气从样气中冷凝。在此例如是借助顺磁检测器实现对氧气浓度的测量，顺磁检测器利用氧气的磁性测定氧气在气流中的浓度，或者借助非色散式红外传感器光谱式测量一氧化碳、二氧化碳或烃。
因此，利用将流体温度降低到露点以下来有针对性地降低废气中的水蒸气含量，并且在测量设备前分离冷凝物，以便干燥样气。为此，将样气经由冷却器引入冷凝物分离器，在冷凝物分离器中，冷凝物从流体中析出并且析出的冷凝物被引入冷凝物容器，冷凝物可以借助排放阀时间上间隔地或连续地从冷凝物容器中排出。
专利文献DE 37 06 941 A1公开一种利用冷却器工作的冷凝物分离器。冷却器具有充满冷却液的容器。螺旋形的进气管道延伸通过被冷却液填充的容器并且通入分离容器，待冷却的流体穿流该进气管道。分离容器由圆柱形区段和与该圆柱形区段连接的截锥形区段组成，其中，截锥形区段向下汇聚并且通入冷凝物流出口。在冷凝物分离器的与冷凝物流出口相对置的端部处，浸入管浸入冷凝物分离器，该浸入管用作排气口接管并且通入排气管道，干燥的气体可以经由排气管道被输入下游的机组。但在此未描述产生的冷凝物如何有针对性地被排出。
专利文献DE 10 2004 060 352 B3已知一种废气分析仪，其具有测量设备，在该测量设备前布置有冷凝物分离器。产生的冷凝物通过泵从冷凝物分离器通过借助泵施加的负压被排出。这通常通过软管泵实现，因为软管泵无脉动地工作并且下游的容器与冷凝物分离器完全脱耦，从而可以避免例如由压力冲击引起的反作用。所述泵将冷凝物泵送入冷凝物容器，冷凝物可以通过浮子阀从冷凝物容器排出。进入冷凝物容器的气体可以经由软管输出。
该系统的缺点是必须使用会磨损并且因此需要维修的泵，以便一方面输送冷凝物，并且另一方面防止对冷凝物分离器或测量设备的反作用，否则反作用可能会导致分离效率降低或测量结果尤其由于在冷凝物排出时的压力冲击变差。
因此，本发明所要解决的技术问题在于，进一步研发一种用于废气测量设备的冷凝物排放系统，从而在无需额外输送器件的情况下实现冷凝物分离，其中，避免了例如在冷凝物容器排空时对分离器、尤其测量设备的形式为压力波动的反作用，这样的反作用会导致分离效率或测量结果变差。
所述技术问题通过具有独立权利要求1的特征的用于废气测量设备的冷凝物排放系统解决。
在所述冷凝物分离器中存在正压，并且在冷凝物分离器与流出管道之间布置有存在正压的中间存储器，所述中间存储器直接通过连接管道与冷凝物分离器连接，并且在所述中间存储器中布置有浮子阀，冷凝物能够通过浮子阀排入流出管道，由此产生冷凝物容器与流出管道的脱耦，这使得，流出管道上的压力冲击不向冷凝物分离器传递并且因此也不向测量设备传递。相应地，冷凝物分离器在稳定的压力比下工作，因为通过中间存储器中的阀将正压区域与大气压区域隔开。由此可以省去附加的磨损式的输送器件，通过该输送器件也实现流出管道与冷凝物分离器之间的空间分隔。
附加地，通过按照本发明的装置可以将冷凝物分离器设计得特别小，因为可以省去冷凝物分离器中的阀。由此，存在于冷凝物分离器上的死容积最小化，由此与已知的实施方式相比，响应时间明显减小。
优选地，所述中间存储器在下部容积中填充有冷凝物，冷凝物能够经由布置在下部容积处的冷凝物出口排出，并且所述中间存储器在上部容积中填充有气体，气体能够经由布置在上部容积处的气体出口排出。因此，进入中间存储器的气体可以从该中间存储器被排出，从而仅冷凝物经由冷凝物出口进入冷凝物容器。
在进一步优选的实施方式中，所述流出管道通入冷凝物容器，从所述冷凝物容器的下部区域向外引出排放管道，在所述排放管道中布置有排放阀，并且在所述冷凝物容器的上部区域中构造有通风口。在冷凝物容器中可以通过排气口维持大气压不变，从而排空时的压力冲击不会导致对中间存储器的反作用。因此，冷凝物排放系统不需要永久地与排水设备连接，而是可以时间上间隔地有针对性地被排空。
优选地，所述中间存储器的气体出口与流阻管道连通，所述流阻管道可以尤其设计为毛细管或喷管。因此，进入中间存储器的气体可以由于所施加的压降被排出。回流被避免。
在本发明的进一步有利的设计方案中，所述毛细管或喷管被加热，从而尚存在的水蒸气不可能冷凝，否则冷凝会污染毛细管或喷管。因此通过加热避免毛细管处的沉积物。
在优选的实施方式中，在冷凝物分离器的上游布置有输送泵，由此，整个冷凝物分离器在正压下工作。如此避免由于出现泄漏所导致的湿气对气流的后续侵入。在此可以省去额外的输送单元。
也有利的是，所述冷凝物分离器是用冷却介质冷却的冷凝物分离器。这样的冷凝物分离器对于待测量的废气流具有在分离方面非常好的效率，从而可以获得非常好的测量结果。
在进一步的实施方式中，所述冷却介质是固态的散热器，所述散热器借助珀耳帖冷却器冷却。这证明是高效的冷却方案，因为不需要输送液体的管道。
优选地，所述冷凝物分离器具有壳体，在所述壳体中布置有用于引入样气流的冷却的进气管道、用于输出气流的排气口和用于排出冷凝物的流出口，所述流出口通入位于冷凝物分离器与中间存储器之间的连接管道。因此，壳体既包围冷凝物分离器的冷却区域也包围冷凝物分离器的分离区域。
附加地，所述冷凝物分离器的排气口与样气管道连接，所述样气管道通入废气测量设备，所述废气测量设备的运行温度处于环境温度与70℃之间，从而仅干燥的样气被提供给测量设备用于测量。这改善测量结果并且减缓由冷凝产生的沉积物引起的测量设备老化。这些测量设备通常在略高于环境温度的温度下运行以便避免温度漂移。
也有利的是，所述冷却的进气管道螺旋形延伸并且沿切向通入分离室，在分离室的下侧构造有漏斗，所述漏斗通入用于冷凝物的流出口，并且在分离室的上侧构造有排气口接管，所述排气口接管通入排气口。冷凝物分离器的漩涡形设计能够实现非常好的分离效率，因为该形状和由此对水的定向排出避免冷凝物微滴被带往排气口。也避免同样可能导致水被带向排气口的飞溅水。而是，冷凝物附着在表面上并且由分离室的斜坡朝流出口的方向输送。
此外有利的是，所述冷凝物容器布置在中间存储器的上方，由此可以限制垂直的必要安装空间。这可以通过在正压下运行实现。
由此实现一种用于废气测量设备的冷凝物排放系统，其中，即使在环境温度下的测量中也能在测量设备上实现非常好的测量结果，因为冷凝物可靠地在测量设备前方被排出，方式是确保高的分离效率和可靠地避免对冷凝物分离器的反作用。因此也可以实现该系统的连续使用。
在图1中示意性地示出按照本发明的用于废气测量系统的冷凝物排放系统的实施例并且以下对该实施例进行描述。
图1示出试验台，其中，来自车辆10的废气经由样气管道12借助输送泵13被输入废气分析单元14，废气分析单元14布置在输送泵13的下游。废气分析单元14由冷凝物排放系统16构成，该冷凝物排放系统16的冷凝物分离器18布置在废气测量设备20、尤其非色散式红外检测器或顺磁氧检测器的上游，废气测量设备20在环境温度与大约70℃之间运行，从而在未使用连接在前置的冷凝物分离器18的情况下需要担心，溶在高温废气中的水蒸气会在红外检测器中冷凝或者由于水蒸气浓度较高引起交叉灵敏度升高，由此测量结果会失真。
冷凝物分离器18具有壳体22，壳体22包围螺旋形延伸的进气通道24。该进气通道24被散热器29包围，散热器29尤其由导热良好的金属构成并且与珀耳帖冷却器33的低温侧大面积地贴靠，从而进入进气通道24的流体被冷却。进气通道24沿切向通入分离室26，分离室26的上部的圆柱形壳体区段27过渡为下部的漏斗28，在漏斗28的下端部构造有用于析出的冷凝物的流出口30，并且由于输送泵13的输送压力在漏斗28中存在正压。排气口接管32居中地伸入上部的壳体区段27，干燥后的样气经由排气口接管32到达冷凝物分离器18的排气口34并且随后经由与排气口连通的样气管道36被输入废气测量设备20，在废气测量设备20中，例如测量废气中的一氧化碳、二氧化碳或烃的浓度。
因此，在进气管道24中样气被冷却至露点温度以下，由此样气中含有的大部分水蒸气冷凝。由于气流和重力，冷凝物与样气一同沿切向进入分离室26。由于切向的流入，冷凝物首先沿圆柱形壳体区段27的壁面旋流。由于冷凝物液滴与气体相比具有更高的质量，因此冷凝物液滴受到更高的离心力和重力，这导致的是，由样气的体积流携带的冷凝物滴从样气中分离并且经由漏斗28到达流出口30，同时样气流朝排气口接管32的方向压力下降。由于可能通过气流夹带的水滴到冷凝物表面上而产生的飞溅水被漏斗28阻止。附加地，排气口接管32的进口横截面可以选择为大于出口横截面，由此进口横截面处的流速减小和因此气流的阻力(Schleppkraft)也减小。
按照本发明，由于存在正压，冷凝物从流出口30经由第一连接管道38流入中间存储器40，由于输送泵13的输送压力，在中间存储器40中同样存正压。在该中间存储器40中布置有浮子阀42，浮子阀42根据水位打开或关闭中间存储器40的冷凝物出口44。该浮子阀42具有浮子元件46，浮子元件46浮在中间存储器40的水面上，该水面将中间存储器40分为上部容积48和下部容积50，上部容积48填充有与冷凝物一同经由流出口30从冷凝物分离器18排出的气体，下部容积50充满冷凝物。
在上部容积48处构造有气体出口52，该气体出口52通向加热的毛细管54，之前与冷凝物一同进入中间存储器40的气体可以经由毛细管54排出。在此，通过加热装置55阻止溶在气体中的水蒸气或其它化合物进一步冷凝，否则，可能在毛细管54中形成的沉积物将会导致堵塞。
中间存储器40的冷凝物出口44通过流出管道56与冷凝物容器58相连，冷凝物被排入冷凝物容器58并且在冷凝物容器58中存在大气压。在该冷凝物容器58上连接有下部的排放管道59，在排放管道59中布置有排放阀60，冷凝物可以通过该排放阀60从废气分析单元14被排出。该排放阀60以均匀的间隔由操作人员操作，以便防止冷凝物容器58被完全充满。也可以实施自动或连续的排空。此外，在上部区域处构造有与环境连通的通风口61，通过该通风口61实现冷凝物容器58内的压力补偿，从而即使当浮子阀42打开时也不会发生冷凝物容器58内的压力增大。
冷凝物排放系统16和尤其设置中间存储器40能够实现，在测量进行过程中、也就是说样气被输入冷凝物分离器18和废气测量设备20的过程中，通过排放阀60在冷凝物容器58与冷凝物分离器18之间排空系统，因为无需担心对冷凝物分离器18的反作用。通过在中间连接有中间存储器和由此实现的冷凝物分离器与流出管道的脱耦，并通过使用具有通风口61的冷凝物容器，完全避免了否则由于排空冷凝物容器58所引起的、可能的压力冲击或脉动朝冷凝物分离器18的传递。冷凝物和气流的输出通过在上游连接的输送泵13的输送压力实现。因此不需要软管泵或类似的泵用于输送并且同时分离冷凝物分离器18与冷凝物容器58，由此减少冷凝物排放系统16的磨损并且可以增大维修间隔期。
应当清楚的是，当前独立权利要求的保护范围不限于所描述的实施例。尤其可以改变冷凝物分离器、中间存储器或冷凝物容器的结构。这种系统也可以用于各种测量设备。

Claims (13)

1.一种用于废气测量设备(20)的冷凝物排放系统(16)，该冷凝物排放系统具有冷凝物分离器(18)和存在大气压的流出管道(56)，其特征在于，
在所述冷凝物分离器(18)中存在正压，并且在冷凝物分离器(18)与流出管道(56)之间布置有存在正压的中间存储器(40)，所述中间存储器(40)直接通过连接管道(38)与冷凝物分离器(18)连接，并且在所述中间存储器(40)中布置有浮子阀(42)，冷凝物能够通过浮子阀(42)排入流出管道(56)。
2.按照权利要求1所述的用于废气测量设备(20)的冷凝物排放系统(16)，其特征在于，
所述中间存储器(40)在下部容积(50)中填充有冷凝物，冷凝物能够经由布置在下部容积处的冷凝物出口(44)排出，并且所述中间存储器(40)在上部容积(48)中填充有气体，气体能够经由布置在上部容积处的气体出口(52)排出。
3.按照权利要求1或2所述的用于废气测量设备(20)的冷凝物排放系统(16)，其特征在于，
所述流出管道(56)通入冷凝物容器(58)，从所述冷凝物容器(58)的下部区域向外引出排放管道(59)，在所述排放管道(59)中布置有排放阀(60)，并且在所述冷凝物容器(58)的上部区域中构造有通风口(61)。
4.按照权利要求2或3所述的用于废气测量设备(20)的冷凝物排放系统(16)，其特征在于，
所述中间存储器(40)的气体出口(52)与流阻管道连通。
5.按照权利要求4所述的用于废气测量设备(20)的冷凝物排放系统(16)，其特征在于，
所述流阻管道是毛细管(54)或喷管。
6.按照权利要求5所述的用于废气测量设备(20)的冷凝物排放系统(16)，其特征在于，
所述毛细管(54)或喷管被加热。
7.按照前述权利要求之一所述的用于废气测量设备(20)的冷凝物排放系统(16)，其特征在于，
在冷凝物分离器(18)的上游布置有输送泵(13)。
8.按照前述权利要求之一所述的用于废气测量设备(20)的冷凝物排放系统(16)，其特征在于，
所述冷凝物分离器(18)是由冷却介质冷却的冷凝物分离器(18)。
9.按照权利要求8所述的用于废气测量设备(20)的冷凝物排放系统(16)，其特征在于，
所述冷却介质是固态的散热器(29)，所述散热器(29)借助珀耳帖冷却器(33)冷却。
10.按照前述权利要求之一所述的用于废气测量设备(20)的冷凝物排放系统(16)，其特征在于，
所述冷凝物分离器(18)具有壳体(22)，在所述壳体(22)中布置有用于引入样气流的冷却的进气管道(24)、用于输出气流的排气口(34)和用于排出冷凝物的流出口(30)，所述流出口(30)通入位于冷凝物分离器(18)与中间存储器(40)之间的连接管道(38)。
11.按照权利要求9所述的用于废气测量设备(20)的冷凝物排放系统(16)，其特征在于，
所述冷凝物分离器(18)的排气口(34)与样气管道(36)连接，所述样气管道(36)通入废气测量设备(20)，所述废气测量设备(20)的运行温度处于环境温度与70℃之间。
12.按照权利要求9或10所述的用于废气测量设备(20)的冷凝物排放系统(16)，其特征在于，
所述冷却的进气管道(24)螺旋形延伸并且沿切向通入分离室(26)，在分离室(26)的下侧构造有通入流出口(30)的漏斗(28)，并且在分离室(26)的上侧构造有通入排气口(34)的排气口接管(32)。
13.按照权利要求3至12之一所述的用于废气测量设备(20)的冷凝物排放系统(16)，其特征在于，
所述冷凝物容器(58)布置在中间存储器(40)的上方。
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