CZ8042U1 - Odběrová kompaktní sonda - Google Patents

Description

Oblast techniky

Řešení se týká sondy pro odběr tuhých, kapalných a plynných vzorků z tekutého nosného média, to je z média ve skupenství kapalném nebo plynném. Odběrová sonda je vyřešena jako kompaktní celek, umožňující odběr vzorků bez nutnosti použití dalších přídavných zařízení.

Dosavadní stav techniky

V současně době se pro odběr vzorků z tekutého média běžně používají odběrové aparatury, které sestávají z odběrové sondy doplněné dalšími, přídavnými zařízeními. Odběrová sonda sestává z odběrové hubice, která je upevněna na sací trubici, za níž následuje vzorkovač a soustava měřidel propojených navzájem spojovací trubicí a doplněných stabilizačními prvky, jako je chladič, tlaková clona, apod., a nakonec je tento systém zakončen sacím zařízením s příslušenstvím a výpustí pro zbylé médium, jako vzorkovač se používá zařízení, které zachycuje měřenou látku a analyzuje ji, nebo umožňuje její předání pro analýzu, kupříkladu ve formě zachycovacího filtru. Soustava měřidel zahrnuje průtokově měřiče, jako průtokoměry, nebo Venturiho dýzu pro změření průtoku vzorku uvnitř odběrové sondy a doprovodné měřiče, to je měřiče doprovodných veličin jako je pH, teplota apod., čili pH metry, teploměry aj., podle charakteru vzorku a podmínek odběru. Jako sací zařízení se používá regulovatelný zdroj sání, nejčastěji vývěva, sací čerpadlo, sací ventilátor, nebo pumpa. Odběrová hubice na sací trubici se při odběru umisťuje do prostředí odebíraného vzorku, jako je kouřovod, plynovod aj., což vyžaduje zpřístupnění, které je nutno realizovat mnohdy, podle typu odběru a zařízení z něhož se odběr provádí, prostřednictvím zvláštního přístupového otvoru. Zbývající část sondy zůstává během odběru vně tohoto prostředí. Celá sonda je uspořádána jako systém prvků umístěných za sebou, kde výpusť pro zbylé médium ústí mimo místo odběru, do okolí části sondy nacházející se vně odběrového prostoru. Použití sondy vyžaduje použití přídavných zařízení pro zjištění stavových veličin prostředí odběru, jako je sonda pro měření průtoku v prostředí odběru, měřící rychlostní profil média v prostředí odběru a čidlo měření teploty, tlaku, vlhkosti, apod. Tato přídavná zařízení, jako Prandtlova sonda, anemometr, termočlánek s teploměrem, vlhkoměr apod., musí být rovněž umístěna do prostředí odběru, což vyžaduje nutnost zhotovení dalších přístupových otvorů, utěsnění apod. a zvyšuje manipulační a prostorovou náročnost. Netěsnosti mohou mít za následek nežádoucí únik média s případnými škodlivinami do prostředí, jindy je nutno zamezit přístupu vzduchu do měřeného prostředí, kupříkladu u uhelného prášku z důvodu nebezpečí vznícení. Netěsnosti je nutno zabránit také v případě přetlaku, nebo podtlaku v potrubí s měřeným prostředím. Další podstatnou nevýhodou stávajících odběrových sond je nutnost použití regulovatelného zdroje sání, z důvodu nutnosti přívodu energie pro jeho činnost. U odběru horkých vzorků je nutno použít navíc předřazený chladič, u vzorků výbušných zajistit nevýbušné provedení. U měřených médií o vysokém, nebo nízkém tlaku je nutno zajistit dimenzaci zdroje sání, kupříkladu ve formě použití několikastupňové vývěvy, což zvyšuje nákladnost a prostorovou a manipulační náročnost. Zásadní nevýhodou stávajících sond s doprovodným zařízením je to, že sondy nejsou kompaktním celkem, nýbrž sestávají z velkého množství komponentů, což snižuje mobilitu a spolehlivost a zvyšuje nároky na obsluhu.

Podstata technického řešení

Nevýhody stávajícího řešení odstraňuje nová kompaktní odběrová sonda pro odběr vzorků z tekutého média, její podstata spočívá vtom, že odběrová sonda, která zahrnuje odběrovou hubici upevněnou na sací trubici, alespoň jeden doprovodný měřič pro měření doprovodných veličin, alespoň jeden vzorkovač pro zachycení a případně analýzu vzorku, alespoň jeden průtokový měřič pro měření vnitřního průtoku v sondě, alespoň jeden průtokový regulátor pro regulaci průtoku sondou a alespoň jednu spojovací trubici, je opatřena pevně namontovanou

- 1 CZ 8042 Ul zpětnou výstupní trubici pro vyvedení média ze sondy zpět do prostředí odběru, která je opatřena podtlakovým vývodem pro médium, jenž je situován na části sondy umisťované v prostředí odběru, a to tak, že ústí do prostředí odběru, přičemž současně je tato sonda opatřena alespoň jedním stavovým měřičem pro měření stavových veličin prostředí odběru, který je její nedílnou součástí a je připojen jednak ksací trubici, jednak k výstupní trubici. Tato odběrová sonda je vyřešena jako jediné, kompaktní zařízení, které umožňuje provádět odběry vzorků s podstatně jednodušší manipulací než dosud a podstatně menšími prostorovými nároky i náklady. Odběrová hubice je stejná jako ustávajících odběrových sond a její upevnění na sací trubici umožňuje odebrání vzorku a jeho vyvedení z prostředí odběru. Doprovodný měřič, případně měřiče, jsou podle typu odebíraného vzorku ve formě termometru, pH metru, vlhkoměru aj., pro měření doprovodných veličin ke zjištění doprovodných vlastností a stavu odebraného vzorku. Vzorkovač je vyřešen stejně jako u jiných odběrových sond, kupříkladu ve formě cyklónu nebo jiného odlučovače, filtru, centrifugy apod., jakožto prvek sloužící pro zachycení a koncentraci analyzované složky ze vzorku, a případně je připojen k analyzátoru, nebo je případně nahrazen analyzátorem, což závisí na charakteru analyzovaných látek a konkrétním typu sondy. Průtokový měřič pro měření průtoku uvnitř zařízení, to je sondou, je nejlépe ve formě průtokoměru nebo Venturiho dýzy, jako průtokový regulátor je použit prvek umožňující ovládání průtoku média sondou, kupříkladu ventil. Spojovací trubicí se rozumí potrubí, hadice nebo jiné kanálové propojení prvků sondy. Zpětná výstupní trubice způsobuje proudění média v sondě na základě rozdílu dynamických tlaků a vyvedení zbytku vzorku po měření zpět do prostředí odběru. Tento rozdíl dynamických tlaků umožňuje současně měření rychlosti a dalších potřebných stavových veličin v prostředí odběru, a to prostřednictvím stavového měřiče. Z hodnot stavových veličin naměřených stavovým měřičem a veličin naměřených průtokovým měřičem pro měření průtoku uvnitř sondy se zjistí velikost podtlaku, případně přetlaku v sondě atd. a lze provést přepočet hodnot naměřených ve vzorku zachyceném či měřeném ve vzorkovači na hodnoty odpovídající objemové jednotce média v prostředí odběru.

Podtlakový vývod je ve formě alespoň jedné štěrbiny, která se nachází na boční straně výstupní trubice, nebo je ve formě alespoň jednoho difuzoru, který se nachází na konci výstupní trubice. Umožňuje vtok vzorku do odběrové hubice a samovolné proudění vzorku sondou, bez nutnosti použit zvláštního zdroje sání, jako vývěva apod. Zdrojem proudění v sondě je pouze rozdíl dynamických tlaků na sondě po jejím umístění v proudu měřeného média. V případě štěrbiny je pro vyvolání podtlaku, případně přetlaku mezi vnitřním prostorem sondy a prostředím odběru, nutné umístění štěrbiny v místě zúžení proudnic sondu obtékajícího média, čili na boční straně výstupní trubice, vzato z pohledu vůči směru proudění média. Optimální je použití dvou štěrbin situovaných proti sobě, na protistranách výstupní trubice, čímž lze dosáhnout maximálního vyvolání podtlaku, případně přetlaku, v sondě. V případě, že se použije difuzor, je z důvodů funkčních výhodně umístěn na konci výstupní trubice. Podtlakový vývod v navrženém uspořádání umožňuje proudění v sondě a vypuštění zbytku vzorku zpět do prostředí odběru, což znamená, že sonda není závislá na zdroji energie, chladicím médiu, nevýbušném aj. prostředí a nezatěžuje vnější prostředí zbytky z měřeného prostředí.

Odběrová kompaktní sonda je výhodně uspořádána na principu trubka v trubce tak, že alespoň část sací trubice se nachází uvnitř výstupní trubice. Pak vytváří sonda optimální kompaktní celek, který umožňuje jednoduchou manipulaci a nevyžaduje více než jediný přístupový otvor do prostředí odběru. To má značný význam zejména pro provádění odběrů v potrubních, šachtových nebo komínových systémech, které jsou náročné na zpřístupnění, na utěsnění přístupového otvoru a mají omezený manipulační prostor v okolí.

Odběrová kompaktní sonda může být opatřena jednoduchým, avšak funkčně zcela postačujícím systémem ovládání pomocí průtokových regulátorů. Ty se nachází výhodně ve formě regulačních ventilů, z nichž první ventil se nachází na sací trubici, nejlépe za přípojem stavového měřiče a druhý ventil se nachází na výstupní trubici, nejlépe před přípojem stavového měřiče. Takto je dosaženo možnosti jednoduché manipulace při odběrech.

CZ 8042 Ul

Navržená kompaktní odběrová sonda je vhodná pro odběry vzorků z proudícího tekutého média, jako jsou odběry z potrubního vedení, hadic, z plynovodů, kouřovodů, ze spalovacích prostor kotlů, z proudících kapalin aj. Může sloužit kupříkladu ke stanovení obsahu popílku, prachových částic, vodní páry, chemických látek aj. Sonda je mobilní, vytváří kompaktní celek umožňující snadnou manipulaci i transport. Není závislá na přítomnosti zdroje sání a nevyžaduje více než jediné přístupové místo do prostředí odběru. Odpadá také nutnost tlakových filtrů, nebo teplotních filtrů, které jsou nezbytné u stávajících sond.

Přehled obrázků na výkresech

Navržené technické řešení je blíže objasněno pomocí výkresů, kde jsou znázorněny na obr. 1 výhodně uspořádaná sonda se sací trubicí uvnitř výstupní trubice v pohledu z boční strany, v částečném řezu, na obr. 2 detail téže sondy ve stejném pohledu avšak z vnější strany, na obr. 3 detail sondy s výstupní trubicí vedle sací trubice a podtlakovým vývodem ve formě štěrbiny v pohledu z boční strany, v částečném řezu a na obr. 4 detail sondy s výstupní trubicí vedle sací trubice a podtlakovým vývodem ve formě difuzoru v pohledu z boční strany, v částečném řezu.

Příklad provedení technického řešení

Příklad 1

Názorným příkladem provedení navrženého technického řešení je odběrová kompaktní sonda ve výhodném provedení, určená pro měření koncentrací uhelného prášku mlýnského okruhu spalovacího kotle a pro měření znečištění vysokopecního plynu, podle obr. 1 a obr. 2.

Odběrová hubice i pro odběr vzorku je upevněna na sací trubici 2. V místě, které se nachází již vně prostředí odběru, je připojen doprovodný měřič 3 pro měření doprovodných veličin, v tomto případě ve formě termočlánku s vlhkoměrem. Za ním se nachází vzorkovač 4 pro zachycení vzorku, v tomto případě ve formě vyj hnacího zachycovacího filtru. Následuje průtokový měřič 5 pro měření vnitřního průtoku v sondě, ve formě průtokoměru. Sací trubice 2 přechází ve spojovací trubici 6, která je za vzorkovačem 4 zpětně stočena směrem do prostředí odběru a přechází ve zpětnou výstupní trubici 7 pro vyvedení média ze sondy zpět do prostředí odběru. Ta je opatřena dvěma podtlakovými vývody 8 ve formě výstupních štěrbin, situovaných na bočních stranách výstupní trubice 7, vzato z pohledu směru proudu média v prostředí odběru a směru vstupu do odběrové hubice i. Tyto podtlakové vývody 8 se nachází v místě, kde jsou proudnice média proudícího kolem výstupní trubice 7 zúžené. Sací trubice 2 prochází uvnitř výstupní trubice 7 na principu trubka v trubce. Jako nedílnou, pevnou ale demontovatelnou součástí, je sonda opatřena také stavovým měřičem 9 pro měření stavových veličin prostředí odběru, který je připojen jednak k sací trubici 2, jednak k výstupní trubici 7. Regulaci průtoku média sondou umožňují dva průtokové regulátory 10 ve formě regulačních ventilů, z nichž první se nachází na sací trubici 2 za prvním přípojem stavového měřiče 9 a druhý se nachází na výstupní trubici 7 před druhým přípojem stavového měřiče 9.

Sonda funguje následovně. Koncová část s odběrovou hubici i se zasune přes odběrový' otvor 11 do prostředí odběru obsahujícího proudící médium. Médium proudí v uzavřeném kanálu 12, kde je únik do okolí vysoce nežádoucí, vzhledem k okolí je zde výskyt nežádoucích zplodin, vysoká teplota, podtlak nebo přetlak, a proto je nutno odběrový otvor 11 kolem vsunuté sondy důkladně utěsnit, jsou-li oba průtokové regulátory 10, to je ventily, otevřeny, médium z prostředí odběru začne proudit do odběrové hubice i, z ní do sací trubice 2 a do vzorkovače 4. Tam se na fdtru zachycuje popílek se spalovacími zplodinami a zvířený uhelný prášek, zatímco zbytek odebraného média proudí dále přes spojovací trubici 6 do zpětné výstupní trubice 7 a opouští sondu přes podtlakové vývody 8, přičemž proudí zpět do prostředí odběru. Zdrojem tohoto proudění v sondě je rozdíl dynamických tlaků mezi prostředím odběru a prostředím uvnitř sondy. Proudění je samovolné, bez nutnosti zahrnutí zvláštního sacího zdroje. Podtlaku na podtlakových

-3*

CZ 8042 Ul vývodech 8 je dosaženo pomocí umístění štěrbin právě v místech, kde proudnice proudícího média v prostředí odběru jsou v důsledku obtékání výstupní trubice 7 zúženy. Tento rozdíl dynamických tlaků slouží současně k měření rychlosti a dalších veličin nosného média. Pro měření doprovodných veličin slouží doprovodný měřič 3, pro měření vnitřního průtoku v sondě průtokový měřič 5, pro měření stavových veličin prostředí odběru stavový měřič 9. Během odběru vzorku se průtok případně reguluje pomocí průtokových regulátorů 10 a po odebrání potřebného množství vzorku se oba průtokové regulátory 10 uzavřou. Sonda se vyjme z prostředí odběru a odběrový otvor 11 se utěsní, nebo, u stabilně zabudované sondy, se vyjme jen vzorkovač 4. Ze vzorkovače 4 se demontuje filtr se vzorkem a vzorek se podrobí analýze a stanovení kvantity. Na základě výpočtu se stanoví obsah zjišťovaných látek v objemové jednotce média, proudícího v prostředí odběru.

Příklad 2

Jiným příkladným provedením je odběrová kompaktní sonda podle obr. 3. Tato sonda má stejné konstrukční prvky jako sonda podle předchozího příkladu a plní také stejnou funkci, s tím rozdílem, že zpětná výstupní trubice 7 se nachází vedle sací trubice 2. To má za následek, že pro odběr je potřeba dvou odběrových otvorů 1T, li» pokud není odběr prováděn z prostředí, kde je přístup otevřený. Ostatní výhody sondy, jsou stejné jako u předchozího příkladu, zejména kompaktnost sondy a jednoduchost manipulace.

Příklad 3

Dalším příkladným provedením je odběrová kompaktní sonda podle obr. 4. Tato sonda má stejné konstrukční prvky a uspořádání jako sonda podle předchozího příkladu a plní také stejnou funkci, s tím rozdílem, že podtlakový vývod 8 je ve formě difuzoru. Pro odběr je opět potřeba dvou odběrových otvorů 11', 11, pokud není odběr prováděn z prostředí, kde je přístup otevřený. Výhody sondy jsou stejné jako u předchozího příkladu.

Claims (5)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Odběrová kompaktní sonda pro odběr vzorků z tekutého média, která zahrnuje odběrovou hubici upevněnou na sací trubici, alespoň jeden doprovodný měřič pro měření doprovodných veličin, alespoň jeden vzorkovač pro zachycení a případně analýzu vzorku, alespoň jeden průtokový měřič pro měření vnitřního průtoku v sondě, alespoň jeden průtokový regulátor pro regulaci průtoku sondou a alespoň jednu spojovací trubici, vyznačující se tím, že je opatřena zpětnou výstupní trubicí /7/ pro vyvedení média zpět do prostředí odběru, která je opatřena alespoň jedním podtlakovým vývodem /8/ pro médium, jenž ústí do prostředí odběru, a současně je tato sonda opatřena alespoň jedním stavovým měřičem /9/ pro měření stavových veličin prostředí odběru, který je její nedílnou součástí a je připojen jednak ksací trubici /2/, jednak k výstupní trubici /7/.
2. 2. Odběrová kompaktní sonda podle nároku 1, vyznačující se tím, že podtlakový vývod /8/ je ve formě alespoň jedné štěrbiny, která se nachází na boční straně výstupní trubice /7/.
3. 3. Odběrová kompaktní sonda podle nároku 1, vyznačující se tím, že podtlakový vývod /8/je ve formě alespoň jednoho difuzoru, který se nachází na konci výstupní trubice /7/.
4. 4. Odběrová kompaktní sonda podle nároků 1 a 2 nebo 3, vyznačující se tím, že alespoň část sací trubice /2/ se nachází uvnitř výstupní trubice /7/.

   -4CZ 8042 Ul
5. 5. Odběrová kompaktní sonda podle nároků laž4, vyznačující se tím, že je opatřena dvěma průtokovými regulátory /10/ ve formě regulačních ventilů, z nichž první se nachází na sací trubici /2/ a druhý se nachází na výstupní trubici /7/.

   2 výkresy