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Die
Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für ein Schutzrohr
aus einem verschleißfesten Material, welches zur Montage
in einer Gasströmung bestimmt ist.
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Zum
Beispiel weisen In-Situ-Messsonden für Messungen innerhalb
eines Gaskanals ein Schutzrohr aus einem verschweißfesten
Material auf, mit dem der Messsensor der Messsonde geschützt
wird. Es werden aber auch andere Bauelemente mit einem derartigen
Schutzrohr versehen, z. B. rohrförmige Gasentnahmesonden.
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In-Situ-Messsonden
der genannten Art werden beispielsweise zu Messungen von Zusammensetzungen
und Konzentrationen in Rauchgasen verwendet. Zum Beispiel zeigt
die Druckschrift
DE
32 11 533 C2 eine Messsonde zur Messung der Sauerstoffkonzentration
im Rauchgaskanal einer Verbrennungsanlage. Ein rohrförmiges
Gehäuse bildet einen Schutz gegen Beschädigung
der Bauteile der Sonde durch die abrasive Wirkung von Partikeln
innerhalb der Rauchgasströmung. Das Schutzrohr ist hier
mittels eines auf der Abströmseite für das Rauchgas
offenen Rohrstücks bis zum Ende der gesamten Sondenlänge
verlängert. Das Rohrstück deckt einen Filterkörper
ab, der das Einströmen des Rauchgases in den Bereich des
Messsensors der Sonde ermöglicht. Das Rohrstück
vermeidet das direkte Auftreffen von in dem Rauchgas enthaltenen
Partikeln auf den Filterkörper. Das Gas kann lediglich
durch die Öffnung auf der Abströmseite zu dem
Filter und durch den Filter hindurch zu dem Messsensor strömen.
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Der
Schutz der Bauteile der Sonde und des Filters gegen die abrasive
Partikelwirkung durch das Schutzrohr ermöglicht die Verwendung
der Sonde über einen langen Zeitraum. Nach einem Zeitraum von
mehreren Monaten oder Jahren ist allerdings durch den Materialverschleiß des
Sondenrohrs innerhalb der partikelbeladenen, heißen Rauchgasströmung
ein Austausch des Schutzrohrs zu empfehlen. Hierfür ist
eine Demontage der gesamten Sonde erforderlich, welche für
den Einbau eines neuen Schutzrohrs zerlegt werden muss.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Schutzvorrichtung zu schaffen, die die
Standzeit des Schutzrohrs erhöht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass die Schutzvorrichtung ein Ableitblech aufweist, welches an
dem Schutzrohr befestigbar ist sich zumindest über den
in der Strömung befindlichen Abschnitt des Schutzrohrs
erstreckt.
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Ableitbleche
an sich sind in Verbindung mit In-Situ-Messsonden bekannt. Die Anmelderin
produziert In-Situ-Messsonden mit einem am Ende des Schutzrohrs
angeordneten Filterkörper, der durch ein Ableitblech gegen
das anströmende Rauchgas geschützt ist. Es wurde
im Stand der Technik allerdings noch nie vorgeschlagen, das Schutzrohr
selbst durch ein Ableitblech zu schützen. Bisher wurde
versucht durch Anpassung der Materialstärke des Schutzrohrs dessen
Schutzwirkung zu optimieren. Ein zusätzliches Bauteil zum
Schutz des Schutzrohrs wurde nicht in Erwägung gezogen.
Dieser Vorschlag mag bei der Herstellung des zu schützenden
Produktes Mehrkosten für zusätzliches Material
und zusätzlichen Arbeitsaufwand verglichen mit einem einfachen Schutzrohr
erzeugen. Im Betrieb und insbesondere bei der Wartung bringt der
Vorschlag allerdings erhebliche Vorteile. Das Schutzrohr selbst
ist aufgrund des Ableitblechs keiner direkten Anströmung
von Rauchgas mehr ausgesetzt. In der Folge ist praktisch kein die
Funktion des Schutzrohrs gefährdender Verschleiß seines
Materials beobachten. Der Verschleiß findet ausschließlich
an dem Material des Ableitblechs statt. Das Ableitblech kann einfach
und ohne ein Zerlegen der gesamten zu schützenden Anlage ausgetauscht
und durch ein neues Ableitblech ersetzt werden.
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Es
ist zu erwähnen, dass im Rahmen der hier beschriebenen
Erfindung der Begriff 'Ableitblech' nicht nur für ein Metallblech
verwendet wird. Der Begriff 'Ableitblech' umfasst jedes flächige
Abdeckelement für das Schutzrohr. Das als Ableitblech bezeichnete
flächige Abdeckelement kann insbesondere auch aus Keramik
bestehen oder mit Keramik beschichtet sein.
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In
der Praxis kann die Messsonde eine Befestigungsvorrichtung aufweisen,
mit der sie in verschiedenen Winkelstellungen an der Wand eines Rauchgaskanals
befestigbar ist. Eine In-Situ-Messsonde weist in der Regel eine
einzige optimale Ausrichtungsposition in Bezug auf die zur Strömungsrichtung
des Rauchgases auf. Um die In-Situ-Messsonde in dieser Ausrichtung
zu montieren, sollte die Befestigungsvorrichtung die Montage der
Sonde in wählbaren Winkelstellungen ermöglichen.
Wenn das Ableitblech fest an dem Schutzrohr der Sonde befestigt
ist, ist die Messsonde derart zu montieren, dass die Gasströmung
ausschließlich unmittelbar auf das Ableitblech und nicht
unmittelbar auf das Schutzrohr auftrifft. Je nach Aufbau der Sonde
können auch andere Faktoren die optimale Einbauposition
der Messsonde vorgeben. Auch können die räumlichen
Gegebenheiten am Montageort eine bestimmte Einbaulage der Messsonde
erfordern. Aus diesen Gründen kann es sinnvoll sein, das
Ableitblech drehbar und in gewünschten Winkelstellungen
befestigbar an dem Schutzrohr anzuordnen. Nach der Montage der Messsonde
in der für die Messsonde optimalen Ausrichtung kann dann
das Ableitblech derart gedreht und ausgerichtet werden, dass es
das Schutzrohr optimal gegen direkte Anströmung von Rauchgasen schützt.
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Zum
Beispiel kann das Ableitblech fest mit einer Klemmvorrichtung verbunden
sein, welche das Schutzrohr umgibt und auf dem Schutzrohr in gewünschten
Winkelstellungen festklemmbar ist.
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Insbesondere
bei langen Ableitblechen ist es vorteilhaft, zumindest an beiden
Enden des Ableitblechs eine Befestigungsvorrichtung vorzusehen,
mit der das Ableitblech an dem Schutzrohr befestigbar ist. Zum Beispiel
kann die oben beschriebene die Klemmvorrichtung an einem Ende des
Ableitblechs angeordnet sein, wobei am anderen Ende des Ableitblechs
ein Befestigungsring angeordnet ist, der das Schutzrohr fest umgreift.
Der Ring kann beim Verdrehen des Ableitblechs auf dem Schutzrohr
gleiten, fixiert das Ableitblech aber insbesondere in radialer Richtung,
in der die durch die Strömung auf das Ableitblech übertragene
Kraft wirkt. Bei Bedarf können zwischen den Befestigungsvorrichtungen
an den Enden des Ableitblechs weitere Befestigungsvorrichtungen
vorgesehen sein, die das Ableitblech an dem Schutzrohr halten.
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Die
Breite des Ableitblechs kann in der Praxis zumindest gleich dem
Außendurchmesser des Schutzrohrs sein. Die Breite kann
aber auch größer sein und seitlich ein wenig über
das Schutzrohr hinausragen.
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In
der Praxis kann das Ableitblech als Winkelblech ausgebildet sein.
Zwei gerade oder gewölbte Flanken treffen in einem Winkel
aufeinander. Die Kante des Winkels ist vorzugsweise der Anströmrichtung zugewandt.
Diese Kante wird im Folgenden Anströmkante (englisch: leading
edge) genannt. In der Praxis kann das Ableitblech im Bereich der
Anströmkante eine größere Materialstärke
aufweisen als in anderen Bereichen. Im Bereich der Anströmkante trifft
pro Flächeneinheit die größte Anzahl
von in dem Rauchgas enthaltenen Partikeln auf. Die Partikel treffen
ferner an der Anströmkante mit der höchsten Geschwindigkeit
auf. Aus diesen Gründen ist der Verschleiß des
Materials des Ableitblechs im Bereich der Anströmkante
am größten. Eine vergrößerte
Materialstärke im Bereich der Anströmkante führt
zu einer längeren Lebensdauer des Ableitblechs im Vergleich zur
Lebensdauer eines Ableitblechs mit homogener Materialstärke.
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Ableitblech
und Schutzrohr sollten aus einem möglichst verschleißfesten
Material bestehen. In der Praxis haben sich Metall, insbesondere
Stahl, und Keramik als Materialien für das Ableitblech
und für das Schutzrohr bewährt. Vorteilhaft kann
auch ein Ableitblech aus keramisch beschichtetem Metall sein, bei
dem insbesondere im Bereich der Abströmkante eine verschleißfeste
keramische Beschichtung vorgesehen ist.
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Eine
Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen
zeigen in:
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1 eine
Seitenansicht einer Messsonde gemäß der Erfindung,
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2 eine
Vorderansicht der Messsonde aus 1 und
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3 eine
schaubildliche Darstellung der Messsonde aus den 1 und 2.
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Die
dargestellte Messsonde weist ein zylindrisches Schutzrohr 1 auf,
welches mit einem Montageflansch 4 zur Montage an der Wand
eines Rauchgaskanals (nicht dargestellt) versehen ist. Im Bereich des
vorderen Endes des Schutzrohrs 1 ist ein Filterkörper 2 zu
erkennen, der das Einströmen von Gas in das Innere des
Schutzrohrs 1 ermöglicht und in dem Gas vorhandene
Partikel zurückhält. Der Filterkörper 2 besteht
insbesondere aus einem Ring aus porösem, gesintertem Material.
Sintermetall und Sinterkeramik mit vorbestimmter Porosität
haben sich für derartige Filterzwecke bewährt.
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Unterhalb
des Schutzrohrs 1 ist ein Ableitblech 3 befestigt.
Wie insbesondere in 2 zu erkennen, hat das Ableitblech 3 die
Form eines V. Die Kante des V weist dabei nach unten. In der in 1 und 2 dargestellten
Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass die Anströmung
der Messsonde in der durch die Pfeile dargestellten Richtung erfolgt, also
von unten nach oben.
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Das
Ableitblech 3 weist an seinem dem Montageflansch 4 zugewandten
Ende eine ringförmige Manschette 6 auf, welche
mittig geteilt ist und deren zwei Teile 9, 10 (vgl. 3) über
Schrauben 7 miteinander verbunden sind, so dass die Manschette 6 eine Klemmvorrichtung
bildet. Mit dieser Klemmvorrichtung kann das Ableitblech 3 schnell
von dem Schutzrohr 1 entfernt und ausgetauscht werden.
Ferner kann das Ableitblech 3 in beliebigen Winkelstellungen
auf dem Schutzrohr 1 befestigt werden. Von den Klemmschrauben 7 sind
in den 1 und 2 lediglich die kurzen, sich
in den Spalten zwischen den zwei Teilen 9, 10 der
ringförmigen Manschette 6 erstreckenden Abschnitte
zu erkennen. In der Explosionszeichnung der 3 sind die
Teile 9, 10 der Manschette 6 und die
Klemmschrauben 7 jeweils getrennt dargestellt.
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An
dem freien Ende des Ableitblechs 3 ist ein Befestigungsring 8 vorgesehen,
der das Schutzrohr 1 fest umgreift aber auf diesem Schutzrohr 1 drehbar ist.
Folglich wird nur ein geringes Spiel zwischen dem Innendurchmesser
des Befestigungsrings 8 und dem Außendurchmesser
des Schutzrohrs 1 zugelassen. Auf diese Weise ist das Ableitblech 3 an
beiden Enden in radialer Richtung abgestützt und kann durch die
Strömung übertragene Kräfte auf das Schutzrohr 1 übertragen.
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Ein
längliches Sondenrohr 5, welches innerhalb des
Schutzrohrs 1 angeordnet ist, ist lediglich schematisch
durch gestrichelte Linien in 1 dargestellt.
Das Sondenrohr 5 kann jeden beliebigen, bekannten Aufbau
aufweisen. Insbesondere enthält das Sondenrohr 5 elektrische
Leitungen z. B. für die Zufuhr von Heizstrom oder für
die Übertragung von Messsignalen eines Messsensors sowie
den Messsensor der Messsonde. Der Messsensor ist sinnvollerweise
in der Nähe des Filterkörpers 2 angeordnet, so
dass ihm möglichst schnell Messgas aus der Gasströmung
zugeleitet wird. In dem Sondenrohr 5 kann ferner eine Gasleitung
für die Zufuhr von Referenzgas und/oder Eichgas verlaufen.
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Es
ist zu erkennen, dass die Messsonde in 1 in ihrer
Länge unterbrochen ist. Messsonden werden mit geeigneten
Mengen zum Erfassen der Gaszusammensetzung innerhalb von großen
Rauchgaskanälen hergestellt. Die Gesamtlänge der
Messsonde kann im Bereich von 0,1 bis 5 m liegen. Die Länge
des Schutzrohrs 1 und der Abdeckung 3 in der 3 ist
beliebig gewählt und kann je nach Anforderungen des Rauchgaskanals
und der Messaufgabe variiert werden. Falls die Länge der
Abdeckung 3 eine gewisse Größe überschreitet,
kann an der Abdeckung 3 ein zweiter Befestigungsring (nicht
dargestellt) angeordnet werden, der etwa in der Mitte zwischen der
Klemmvorrichtung 6 und dem eingezeichneten Befestigungsring 8 liegt.
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Der
Messsensor, der im Bereich des Filterkörpers 2 angeordnet
ist, kann beispielsweise einen Festkörperelektrolyten wie
ZrO2 aufweisen, mit dem eine Gaskonzentration,
insbesondere Sauerstoffkonzentration, erfasst wird.
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- 1
- Schutzrohr
- 2
- Filterkörper
- 3
- Ableitblech
- 4
- Montageflansch
- 5
- Sondenrohr
- 6
- Klemmvorrichtung,
ringförmige Manschette
- 7
- Befestigungsschraube
- 8
- Befestigungsring
- 9
- oberer
Teil
- 10
- unterer
Teil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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