CZ303593B6 - Zarízení k merení složení a objemu plynu a zpusob provádení tohoto merení - Google Patents

Abstract

Predkládané technické rešení se týká zarízení pro merení objemu a/nebo složení plynu z více zdroju, obsahujícího alespon dva zdroje (1) plynu produkující kontinuálne plyn a alespon dva zásobní vaky (2) umístené v plynotesné nádobe (3), pricemž pocet zásobních vaku (2) je stejný jako pocet zdroju (1) plynu, pricemž každý zdroj (1) plynu je spojen vedením schopným vést plyn s jedním zásobním vakem (2), každý zásobní vak (2) je opatren vypouštecím ventilem (4), z nejž vede vedení (5) schopné vést plyn k jednomu plynomeru (6) spolecnému pro všechny zásobní vaky (2) a/nebo k jednomu analyzátoru (7) složení plynu spolecnému pro všechny zásobní vaky (2), pricemž je plynotesná nádoba (3) opatrena vyrovnávacím ventilem (8) a tlakovacím ventilem (9). Technické rešení se dále týká zpusobu merení objemu a/nebo složení plynu z více zdroju s pomocí uvedeného zarízení.

Description

Zařízení k měření složení a objemu plynu a způsob provádění tohoto měření

Oblast techniky

Řešení se týká zařízení pro automatizované měření složení a objemu plynu produkovaného v malém množství z více zdrojů a způsobu provádění tohoto měření.

io Dosavadní stav techniky

Měření objemu a složení bioplynu v malém měřítku je často problematické. V případě diskontinuálních procesů jsou využívány různé kyvety, u kontinuálních procesů jsou nejčastěji využívány kapalinové nebo komorové plynoměry.

Některé plyny obsahují agresivní složky, což vyžaduje použití drahých plynoměrů, popř. jejich Častou výměnu. V případě využití více zdrojů plynu, např, fermentorů, v jedné laboratoři je obvykle připojen ke každému zdroji plynu jeden plynoměr, což zvyšuje investiční náklady i náklady na údržbu (např. US 2008/0121019). Existují měřicí přístroje (např. Innova AirTech®, Extrel

MAX300®), které umožňují připojit několik zdrojů plynu kjednomu analyzátoru složení plynu a měřit postupně složení plynu z více zdrojů, ale v nich je obvyklé aktivní nasávání vzorků plynu zjednotlivých zdrojů.

Použití pružného vaku k zachycení a skladování plynu z jednotlivé fermentační reakce je známo např, z dokumentu Kafkewitz et al,, Appl. Microbíology, Vol. 25 (1973), pp. 612-614, k zachycení a skladování tekutin např. z dokumentu US 6,019,196, kde však jsou tekutiny v jednotlivých vacích odděleny membránou dovolující průchod některých složek.

Současná řešení neumožňují provoz fermentoru za vyššího než atmosférického tlaku nebo za podtlaku. V případě diskontinuálních metod není možné tlak efektivně regulovat a sledovaný plyn se hromadí např. ve fermentoru, čímž vzrůstá tlak.

Podstata vynálezu

Výše popsané nedostatky měření složení a objemu plynu odstraňuje nové zařízení a způsob provedení automatického měření složení a objemu plynu, které pro několik zdrojů plynu využívá pouze jeden plynoměr a jeden analyzátor složení plynu.

Zařízení podle předkládaného vynálezu obsahuje alespoň dva zdroj plynu produkující plyn a alespoň dva zásobní vaky umístěné v plynotěsné nádobě, přičemž počet zásobních vaků je stejný jako počet zdrojů plynu, přičemž každý zdroj plynuje spojen vedením schopným vést plyn s jedním zásobním vakem, každý zásobní vak je opatřen vypouštěcím ventilem, z nějž vede vedení schopné vést plyn k jednomu plynoměru společnému pro všechny zásobní vaky, a popřípadě kjednomu analyzátoru složení plynu společnému pro všechny zásobní vaky, přičemž je plynotěsná nádoba opatřena vyrovnávacím ventilem a tlakovacím ventilem. V zásobních vacích se hromadí plyn vznikající ve zdrojích plynu, a podle toho, jaký tlak je v plynotěsné nádobě, je tlak přenášen i do fermentorů. Tlakovacím ventilem je ovládán tlak v plynotěsné nádobě. Vyrovnávací ventil umožňuje vyrovnání tlaku v plynotěsné nádobě s okolním tlakem.

Ve výhodném provedení vynálezu mohou být zdroji plynu fermentory, s výhodou laboratorní fermentory, a měřeným plynem bioplyn produkovaný fermentaci. Vedením schopným vést plyn může být např. teflonová hadice.

Analyzátorem složení plynu může být například plynový chromatograf.

- 1 CZ 303593 B6

Na vývodu z každého zásobního vaku je umístěn vypouštěcí ventil, výhodně s automatickým ovládáním např. pomocí tzv. solenoidu. Za jednotlivými vypouštěcími ventily jsou hadice vedoucí bioplyn s výhodou spojeny do jedné sběrné cesty, která vede do plynoměru, s výhodou s elek5 tronickým výstupem. Na sběrné hadici může být pomocí tzv. by-passu umístěn ještě analyzátor složení plynu s elektronickým výstupem. Plynotěsná nádoba je dále vybavena vyrovnávacím ventilem a tlakovacím ventilem, kteréjsou s výhodou také ovládány automaticky.

Předmětem vynálezu je dále způsob měření objemu a složení plynu z více zdrojů plynu s pomocí io zařízení podle tohoto vynálezu, kdy se plyn vznikající v každém zdroji plynu vede do příslušného zásobního vaku, naěež se jednotlivé vypouštění ventily zásobních vaků postupně otevřou, s výhodou v automatizované sekvenci, přičemž se prostřednictvím tlakovacího ventilu zvýší tlak v plynotěsné nádobě pro vytlačení plynu ze zásobního vaku s otevřeným vypouštěcím ventilem, a plyn z každého zásobního vaku se takto po otevření příslušného vypouštěcího ventilu vede k plynoměru a případně k analyzátoru složení plynu, přičemž po vytlačení plynu se vypouštěcí ventil příslušného zásobního vaku uzavře a tlak v plynotěsné nádobě se uvolní prostřednictvím vyrovnávacího ventilu.

Přes tlakovací ventil se do plynotěsné nádoby zavádí tlakový vzduch s mírným přetlakem, který je použit v době kdy probíhá měření. Stlačený vzduch přiváděný do plynotěsné nádoby vytlačuje plyn z vaků k měření.

Pokud by měl proces probíhat v podmínkách jiných, než za normálního tlaku, je na vyrovnávací ventil napojen zdroj požadovaného přetlaku nebo podtlaku, například vývěva. V případě prová25 dění experimentů za vysokého přetlaku je nutné konstrukčně upravit vypouštěcí ventily, tak aby byly omezeny rázy tlaku vzduchu, např. provedením pomocí jemného jehlového ventilu.

Plynoměr i analyzátor předávají zjištěné údaje do řídicí jednotky, např, průmyslového PC, který naměřená data přidělí k měřeným zdrojům plynu. S výhodou stejná řídicí jednotka otevírá a zaví30 rá vypouštěcí ventily a ovládá také tlakovací a vyrovnávací ventil plynotěsné nádoby.

Přehled obrázku na výkrese

Zařízení podle příkladu 1 je znázorněno na výkrese 1. Výkres zobrazuje schematický bokorys zařízení.

Příklady provedení vynálezu 40

Příklad 1

Zařízení podle technického řešení sestává z několika zdrojů I-A. 1-B, 1-C, 1-D plynu, např. 45 čtyř fermentorů, a zásobních vaků 2-A, 2-B, 2rC, 2-D umístěných v plynotěsné nádobě 3.

Každý zdroj i plynuje spojen s jedním zásobním vakem 2 pomocí hadice. Na vývodu z každého zásobního vaku 2-A, 2-B. 2-C, 2-D je vypouštěcí ventil 4-A, 4-B, 4-C, 4-D. Za těmito ventily 4 jsou hadice vedoucí bioplyn spojeny do jedné sběrné hadice 5, která vede do plynoměru 6. Na sběrné hadici 5 je pomocí tzv. by-passu umístěn ještě analyzátor T_ složení plynu. Plynotěsná nádoba 3 je dále vybavena vyrovnávacím ventilem 8 a tlakovacím ventilem 9, do kterého ústí stlačený vzduch z kompresoru JO.

V klidovém stavu jsou vypouštěcí ventily 4 a tlakovací ventil 9 uzavřeny a vyrovnávací ventil 8 je otevřen a v tlakové plynotěsné nádobě 3 je v případě jednoduchého provedení aparatury atmo55 sférický tlak, vznikající plyn se tak může hromadit v zásobních vacích 2. Měření je řízeno pomo cí řídicí jednotky, které v níže popsaném sledu otevírá jednotlivé ventily a zaznamenává naměřené hodnoty např. do PC.

Měření je zahájeno uzavřením vyrovnávacího ventilu 8. Následně je otevřen jeden z vypouště5 cích ventilů, např. 4-A. a otevřen tlakovací ventil 9. Po otevření tlakovacího ventilu 9 začne v plynotěsné nádobě 3 vzrůstat tlak, který působí na zásobní vaky 2 a nahromaděný plyn z otevřeného vaku 2-A je vytlačován do měřicí aparatury. Při tom se automaticky zaznamenává objem plynu proudící plynoměrem 6. V průběhu měření je ze sběrné hadice 5 odebírán vzorek plynu do analyzátoru 7 složení plynu, ze kterého se opět vrací do sběrné hadice 5. Jakmile je plyn io ze zásobního vaku 2-A vyprázdněn, je měření objemu a složení plynu pro daný zdroj 1-A plynu ukončeno. Uzavře se vypouštěcí ventil 4-A a tlakovací ventil 9. Poté následuje sled stejných operací otevřením jiného vypouštěcího ventilu, např. 4-B.

Jakmile jsou změřeny všechny zdroje I plynu, otevře se vyrovnávací ventil 8, který do tlakové nádoby 3 pustí atmosférický tlak nebo tlak/podtlak, který vyvíjí další kompresor či vývěva 1_L Tento tlak postupně přechází také do jednotlivých zdrojů i plynu, což je významné např. pokud je zdrojem bioplynu biologická činnost, která může být změnou tlaku výrazně ovlivněna.

Automatické ventily jsou řízeny pomocí řídicí jednotky, která ve zvolených cyklech, obvykle 4 nebo 12 hodin, provede automaticky sled výše popsaných kroků, které zajistí měření objemu a složení plynu všech ze zdrojů I plynu v sestavě.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle předloženého vynálezu je možno využít pro měření složení a objemu plynů, které jsou produkovány v menších objemech z více zdrojů. Toto provedení umožňuje použít jednoho analyzátoru a jednoho plynoměru ke stanovení složení a objemu produkovaných plynů z několika sledovaných systémů (např. laboratorních anaerobních fermentorů). Okruh využití lze tedy vztáhlo nout k využití v biochemické analýze, pro sledování nej různějších dějů biologických procesů apod. Průmyslovou využitelnost je možno spatřovat především tam, kde je nutné omezovat investiční náklady i chybu měření použitím jednoho plynoměru a analyzátoru plynu pro měření celé řady zdrojů produkující plyny.

Dále je možné zařízení využít na měření objemu a množství plynu v obdobných aplikacích např. při anaerobním čištění odpadních vod popř. pro simulování aerobních procesů (kompostování), ale též v jiných oblastech jako je sledování produkce plynů chemických syntéz apod.

Zařízení umožňuje provádět experimentální činnost také v podmínkách, kdy je zdroj plynu vysta40 ven vyššímu tlaku nebo naopak podtlaku, a zajistit srovnatelné tlakové podmínky ve všech zdrojích produkující plyn.

Výstup byl realizován v rámci MSM ČR, 6070901 - výzkumný záměr FAPPZ ČZU a MSMT

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   5 1. Zařízení pro měření objemu a/nebo složení plynu, vyznačené tím, že obsahuje alespoň dva,zdroje (1) plynu a alespoň dva zásobní vaky (2) umístěné v plynotěsné nádobě (3), přičemž počet zásobních vaků (2) je stejný jako počet zdrojů (1) plynu, přičemž každý zdroj (1) plynuje spojen vedením schopným vést plyn sjedním zásobním vakem (2), každý zásobní vak (2) je opatřen vypouštěcím ventilem (4), z nějž vede vedení (5) schopné vést plyn k jednomu plyio noměru (6) společnému pro všechny zásobní vaky (2) a/nebo k jednomu analyzátoru (7) složení plynu společnému pro všechny zásobní vaky (2), přičemž je plynotěsná nádoba (3) opatřena vyrovnávacím ventilem (8) a tlakovacím ventilem (9).
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačené tím, že na vyrovnávací ventil (8) je napojen

   15 zdroj (11) přetlaku nebo podtlaku.
3. 3. Způsob měření objemu a/nebo složení plynu s pomocí zařízení podle nároku 1, vyznačený tím, že se plyn vznikající v každém zdroji (1) plynu vede do příslušného zásobního vaku (2), načež se jednotlivé vypouštěcí ventily (4) zásobních vaků (2) postupně otevřou, s výho20 dou v automatizované sekvenci, přičemž se prostřednictvím tlakovacího ventilu (9) zvýší tlak v plynotěsné nádobě (3) pro vytlačení plynu ze zásobního vaku (2) s otevřeným vypouštěcím ventilem (4), a plyn z každého zásobního vaku (2) se takto po otevření příslušného vypouštěcího ventilu (4) vede k plynoměru (6) a/nebo k analyzátoru (7) složeni plynu, přičemž po vytlačení plynu se vypouštěcí ventil (4) příslušného zásobního vaku (2) uzavře a tlak v plynotěsné nádobě

   25 (3) se uvolní prostřednictvím vyrovnávacího ventilu (8).