DE102013004208A1

DE102013004208A1 - Filteraufnahme, Einrichtung zur gravimetrischen Staubmessung und Verfahren zur gravimetrischen Staubmessung

Info

Publication number: DE102013004208A1
Application number: DE201310004208
Authority: DE
Inventors: Holger Födisch; Jörg Schulz
Original assignee: Dr Fodisch Umweltmesstechnik AG; FODISCH UMWELTMESSTECHNIK AG DR
Current assignee: Dr Fodisch Umweltmesstechnik AG; FODISCH UMWELTMESSTECHNIK AG DR
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2014-09-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filteraufnahme (25), eine Einrichtung zur gravimetrischen Staubmessung und ein Verfahren zur gravimetrischen Staubmessung. Die erfindungsgemäße Filteraufnahme (25) ist so ausgebildet, dass sie das Filterelement (27) umhaust. Die Umhausung verbessert die Handhabbarkeit des Filterelements (25) bei Einfügung und Entnahme aus dem Filtergehäuse, verhindert Verunreinigungen bei Handhabung, Lagerung und Transport des Filterelementes (27) und verhindert eine Beschädigung und damit verbundene Massebeeinflussung des Filterelements (27). Damit wird die gravimetrische Staubmessung wesentlich verbessert. Vor allem wird sie wesentlich leichter handhabbar und mit höherer Messgenauigkeit ermöglicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filteraufnahme nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Einrichtung zur gravimetrischen Staubmessung nach dem Oberbegriff von Anspruch 12 und ein Verfahren zur gravimetrischen Staubmessung nach dem Oberbegriff von Anspruch 13.
Gravimetrische Staubmessungen werden vor allem zur Bestimmung der Staubmassenkonzentration bei Feststofffeuerungen verwendet. Hierbei bestehen gesetzlich vorgeschriebene Staubmassenkonzentrations-Obergrenzen. Je nach Anlagenart und Anwenderland können diese Werte stark variieren. Üblich ist ein Bereich von 5 bis 200 mg/m³. Für Holzfeuerungen sind beispielsweise in Deutschland Grenzwerte von 20 bis 200 mg/m³ vorgegeben.
Üblicherweise werden solche Staubmassenkonzentrationen vor Ort regelmäßig überprüft, wozu physikalische (ggf. automatische) Messsysteme zum Einsatz kommen. Solche physikalischen Staubmessgeräte müssen für eine quantitativ korrekte Messung der Staubmassenkonzentration kalibriert werden. Dafür existiert das Konventionsverfahren der gravimetrischen Messung, welches ein manuelles Verfahren ist.
Die Vorschrift für die manuelle gravimetrische Ermittlung der Staubmassenkonzentration bei geringen Staubkonzentrationen ist u. a. in der Norm DIN EN 13284-1:2001 (D) „Emissionen aus stationären Quellen – Ermittlung der Staubmassenkonzentration bei geringen Staubkonzentrationen – Teil 1: Manuelles gravimetrisches Verfahren" festgelegt.
Dabei wird ein definiertes Messgasvolumen über ein Filterelement geführt, wobei sich der im Messgas vorhandene Staub in diesem Filterelement ablagert. Als Filterelemente kommen im allgemeinen Planarfilter oder Hülsenelemente zum Einsatz, die zumeist aus einem Quarzmaterial oder PTFE (Polytetrafluorethen) bestehen.
Zur Durchführung der Messung der Staubmengenkonzentration müssen die Filterelemente vor der Messung bei mindestens 180°C für eine Stunde getrocknet werden und danach über mindestens acht Stunden in einem Exsikkator auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden. Dieser Exsikkator befindet sich im Raum, in dem auch eine Präzisionswaage angeordnet ist. Nachdem das Filterelement Raumtemperatur erreicht hat, wird es dem Exsikkator entnommen und gewogen. Hierbei ist besondere Sorgfalt erforderlich, um Wägefehler aufgrund von Drift der Waage, unzureichendem Temperaturgleichgewicht der zu wägenden Teile und klimatischen Änderungen, Erschütterungen des Standes der Waage usw. zu verhindern, da die zur Bestimmung der Staubmassenkonzentration durchgeführten Wägeschritte häufig in einem Abstand von ein oder zwei Wochen vorgenommen wurden.
Die so vorab gewogenen Filterelemente werden staubdicht verpackt zum Messort verbracht und dort wird eine Staubentnahme dadurch durchgeführt, dass Messgas unter kontrollierten Bedingungen durch das Filterelement geführt wird. Hierfür ist zumeist eine halbe Stunde veranschlagt.
Nach Abschluss dieser Entnahme wird das Filterelement der entsprechenden Entnahmevorrichtung wieder entnommen und zurück in das Labor verbracht, wo sich die Präzisionswaage und der Exsikkator befinden. Hier wird das Filterelement in einem Trockenschrank bei 160°C über mindestens eine Stunde getrocknet und anschließend wiederum über mindestens acht Stunden im Exsikkator auf Umgebungstemperatur abgekühlt, um anschließend unmittelbar eine erneute Wägung durchzuführen.
Um eine erneute hygroskopisch bedingte Beladung des Filtermaterials nach der Entnahme aus dem Exsikkator zu verhindern, müssen die Wägungen zügig jeweils spätestens drei Minuten nach Entnahme aus dem Exsikkator erfolgen.
Insgesamt ist somit festzustellen, dass zur Kalibration bzw. überhaupt für gravimetrische Staubmassenkonzentrationsmessungen ein sehr hoher apparativer und auch zeitlicher Aufwand (mindestens ein Tag ohne Transport- und Zwischenlagerungszeiten) betrieben werden müssen, wobei Aussagen über die Staubmassenkonzentration üblicher Weise erst nach einem Zeitraum von ca. ein bis zwei Wochen vorliegen, also nicht kurzfristig vor Ort getroffen werden können.
Es gibt zwar – wie gesagt – physikalische Messverfahren zur indirekten Bestimmung der Staubmassenkonzentration, beispielsweise das in der DE 10 2007 041 369 A1 beschriebene Verfahren, ein Röhrchen mit einem Filterelement in Schwingung zu versetzen und aus den Schwingungseigenschaften auf die Staubmasse in dem Filterelement zu schließen, jedoch sind solche Verfahren nicht zur Kalibration geeignet, da sie selbst kalibriert werden müssen. Vorschriften zur automatischen Staubmessung finden sich in der Norm DIN EN 13284-2 „Emissionen aus stationären Quellen – Ermittlung der Staubmassenkonzentration bei geringen Staubkonzentrationen – Teil 2: Automatische Messeinrichtungen".
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die gravimetrische Staubmessung zu verbessern. Insbesondere soll sie wesentlich leichter handhabbar und genauer ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Filteraufnahme nach Anspruch 1, eine Einrichtung zur gravimetrischen Staubmessung nach Anspruch 12 und ein Verfahren zur gravimetrischen Staubmessung nach Anspruch 13. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
Die Erfinder haben erkannt, dass die gestellte Aufgabe überraschenderweise dadurch gelöst werden kann, dass eine Filteraufnahme verwendet wird, in der das Filterelement umhaust wird. Die Umhausung verbessert die Handhabbarkeit des Filterelements bei Einfügung und Entnahme aus dem Filtergehäuse, verhindert Verunreinigungen bei Handhabung, Lagerung und Transport des Filterelementes und verhindert eine Beschädigung und damit verbundene Massebeeinflussung des Filterelements. Umhausung bedeutet in diesem Zusammenhang stets, dass weiterhin eine Durchströmung des Filterelementes mit Messgas ermöglicht bleibt. Es handelt sich also um eine allseitige Einhausung des Filterelementes, die weitestgehend eine Berührung oder direkte Manipulation des Filterelements verhindert.
Es wird somit eine Filteraufnahme für ein Filtergehäuse einer Einrichtung zur gravimetrischen Staubmessung unter Schutz gestellt, wobei in dem Filtergehäuse zumindest ein Filterelement anordenbar ist, durch das ein Staub belastetes Messgas durchgeleitet wird, wobei die Filteraufnahme in das Filtergehäuse einführbar ist, die sich dadurch auszeichnet, dass die Filteraufnahme das darin angeordnete Filterelement umhaust.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Filteraufnahme zur Aufnahme von hülsenförmigen Filterelementen ausgelegt ist und bevorzugt einen einseitig geschlossenen hohlzylindrischen Grundkörper und ein Abdeckelement aufweist. Mit hülsenförmigen Filterelementen kann eine besonders hohe Beladung mit Staub und damit hohe Messgenauigkeit erreicht werden.
In diesem Zusammenhang ist bevorzugt vorgesehen, dass der Grundkörper zumindest in Umfangsrichtung zumindest eine erste Strömungsöffnung für das Messgas aufweist und/oder dass das Abdeckelement zumindest eine zweite Strömungsöffnung für das Messgas aufweist.
Alternativ oder zusätzlich kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, der Grundkörper einen konischen Sitz und das Abdeckelement einen konischen Sitz umfassen, zwischen denen das Filterelement anordenbar ist, wobei der Abstand der konischen Sitzflächen im verschraubten Zustand bevorzugt geringer ist als die Materialstärke des Filterelements. Dadurch erfolgt zum einen eine sicherere Halterung de Filterelements in der Filteraufnahme und zum anderen wird eine Umströmung des Filterelements in der Filteraufnahme wirksam verhindert.
Alternativ oder zusätzlich kann in diesem Zusammenhang auch vorgesehen sein, dass das Abdeckelement mit dem Grundkörper arretierbar, insbesondere verschraubbar ausgebildet ist. Dadurch besteht eine besonders sicherere Umhausung des Filterelements.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Filteraufnahme ein keramisches oder metallisches Material, insbesondere Edelstahl aufweist. Dieses Material ist weitestgehend inert gegenüber Messgasen, verhindert eine unerwünschte Ablagerung von Stäuben daran und bleibt auch bei hohen Temperaturen stabil.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Filteraufnahme eine Innenlänge im Bereich von 4 cm bis 10 cm, bevorzugt 5 cm bis 8 cm, insbesondere von 6 cm und/oder einen Innendurchmesser im Bereich von 5 mm bis 20 mm, bevorzugt 7 mm bis 11 mm, insbesondere von 9 mm auf.
Besonders vorteilhaft ist die Filteraufnahme im Zusammenhang mit einem aufgenommenen Filterelement für einen Messgasdurchfluss im Bereich 10 l/min bis 50 l/min, bevorzugt 20 l/min bis 40 l/min, insbesondere für einen Messgasdurchfluss von 30 l/min ausgelegt. Dann lassen sich ausreichend hohe Messgenauigkeiten bei relativ kurzen Messzeiten sicher stellen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Adapter vorgesehen zur Anordnung der Filteraufnahme in dem Filtergehäuse, wobei der Adapter bevorzugt angepasst ist, zumindest zwei Filteraufnahmen so aufzunehmen, dass die aufgenommenen Filterelemente parallel von einem Messgasstrom durchströmt werden. Dadurch können auch bei relativ kleinen Filterelementen ausreichend hohe Gasflüsse erzielt werden. Durch einen eigenständigen Filteradapter können bestehende Filtergehäuse an bestimmte Filteraufnahmen angepasst werden. Allerdings muss der Filteradapter nicht zwingend als unabhängiges Element ausgebildet sein, sondern das Filtergehäuse selbst kann auch den Filteradapter bilden, was insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn mehrere Filteraufnahmen in dem Filtergehäuse angeordnet werden sollen.
Im Zusammenhang mit einem Filteradapter ist insbesondere vorgesehen, dass der Adapter im Zusammenhang mit der Filteraufnahme oder den Filteraufnahmen und den darin aufgenommenen Filterelementen einen Messgasdurchfluss von mindestens 20 l/min und insbesondere von mindestens 30 l/min gestattet.
Besonders bevorzugt ist eine Kennzeichnung zur Identifizierung der Filteraufnahme vorgesehen, wobei die Kennzeichnung insbesondere an dem Abdeckelement angeordnet ist. Dadurch können die Filteraufnahmen für spätere Auswertungen leicht von einander unterschieden werden.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, dass das Filterelement spezielle Materialien aufweist, die kaum Feuchte aufnehmen, z. B. eine Metallfolie oder ein Metallgewebe, insbesondere aus Edelstahl. Insbesondere ist es dabei möglich, das Filterelement und die Filteraufnahme zu einem Element zu verschmelzen und ggf. als Einmalelement zu verwenden.
In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Filteraufnahme mit vorgeschalteten strömungsführenden Teilen der Einrichtung zur gravimetrischen Staubmessung verbunden ist, so dass Staubanlagerungen an diesen strömungsführenden Teilen mit gewogen werden können. Insbesondere ist die Filteraufnahme mit diesen strömungsführenden Teilen, wie Entnahmebogen und Kanäle fest verbunden. Auf diese Weise kann die Messgenauigkeit erhöht werden.
Selbständiger Schutz wird beansprucht für eine Einrichtung zur gravimetrischen Staubmessung, umfassend eine Staubentnahmevorrichtung mit einem Filtergehäuse, in dem zumindest ein Filterelement anordenbar ist, durch das ein Staub belastetes Messgas durchgeleitet wird, die sich dadurch auszeichnet, dass das Filterelement in einer das Filterelement umhausenden Filteraufnahme anordenbar ist, die in das Filtergehäuse einführbar ist, wobei die Filteraufnahme als die erfindungsgemäße Filteraufnahme ausgebildet ist.
Ebenfalls wird selbständiger Schutz beansprucht für das erfindungsgemäße Verfahren zur gravimetrischen Staubmessung unter Verwendung einer Staubentnahmevorrichtung mit einem Filtergehäuse, in dem zumindest ein Filterelement anordenbar ist, durch das ein Staub belastetes Messgas durchgeleitet wird, das sich dadurch auszeichnet, dass das Filterelement in einer das Filterelement umhausenden Filteraufnahme angeordnet wird, die in dem Filtergehäuse angeordnet wird, wobei bevorzugt die erfindungsgemäße Einrichtung verwendet wird.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Filterelement so vorkonditioniert wird, dass sich anlagernder Staub agglomeriert. Dadurch dringt der Staub nicht mehr so tief in das Filterelement, wodurch der Differenzdruck über dem Filterelement sinkt und die mögliche Beladung mit Staub steigt. Die Messgenauigkeit kann so erhöht werden. Solche Agglomerationshilfen können aus chemischen Verbindungen bestehen, beispielsweise in Form eines Emulgators, der temperaturbeständig ist, oder durch eine besondere Oberflächenstruktur des Filterelements, wobei beispielsweise einzelne Mineralfasern des Filterelements von der Oberfläche vorstehen und so Kondensationskeime für die Staubagglomeration bilden.
Schließlich wird selbständiger Schutz beansprucht für das erfindungsgemäße System zur gravimetrischen Staubmessung, dass neben der erfindungsgemäßen Einrichtung auch eine Messwaage umfasst, wobei die Messwaage bevorzugt als beheizbare Waage ausgebildet ist, die insbesondere eine Präzisionswägung des Filterelements bzw. der Filteraufnahme mit dem Filterelement bei bis zu 200°C gestattet.
Solange nichts anderes angegeben ist, können die Verfahrensmerkmale ohne weiteres als Merkmale der Filteraufnahme, der Einrichtung bzw. des Systems angesehen werden und umgekehrt.
Hinsichtlich einzelner Details zum Messverfahren und -system, soweit sie nicht im Rahmen der vorliegenden Erfindung abgeändert werden, wird auf die Norm DIN EN 13284-1:2001 (D) „Emissionen aus stationären Quellen – Ermittlung der Staubmassenkonzentration bei geringen Staubkonzentrationen – Teil 1: Manuelles gravimetrisches Verfahren" verwiesen, deren Inhalt und Lehre hiermit vollständig einbezogen wird.
Die Merkmale der vorliegenden Erfindung und weitere Vorteile werden im Rahmen der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Figuren deutlich werden. Dabei zeigen rein schematisch:
1 das erfindungsgemäße System zur gravimetrischen Staubmessung in einer Übersichtsdarstellung,
2 die erfindungsgemäße Filteraufnahme in einer Draufsicht,
3 die erfindungsgemäße Filteraufnahme nach 2 mit einem aufgenommenen Filterelement in einer Draufsicht,
4 eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filteradapters mit einer darin aufgenommenen Filteraufnahme nach 2 im Vertikalschnitt,
5 den erfindungsgemäßen Filteradapter nach 4 im Horizontalschnitt
6 eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filteradapters mit mehreren darin aufgenommenen Filteraufnahmen nach 2 im Vertikalschnitt,
7 den erfindungsgemäßen Filteradapter nach 4 im Horizontalschnitt.
1 zeigt rein schematisch das erfindungsgemäße System 1 zur gravimetrischen Staubmessung im Zusammenhang mit der Staubentnahme aus einem Kanal 3 über eine Revisionsöffnung 4.
Es ist zu erkennen, dass das System 1 ein Entnahmerohr 5 aufweist, an dem ein Filtergehäuse 7 mit einem darin angeordneten Filterelement (in 1 nicht gezeigt) vorgesehen ist und wobei an dem Filtergehäuse 7 ein Entnahmebogen 9 angeordnet ist. Entnahmerohr 5, Filtergehäuse 7 und Entnahmebogen 9 sind Bestandteil der Staubentnahmevorrichtung 10 des Systems 1.
An dem Entnahmerohr 5 ist ein Schlauch 11 angeordnet, der mit einer geregelten Messgasentnahmeeinheit 13 verbunden ist. Dieses System 1 weist Steuerungstechnik auf, die nicht gesondert dargestellt ist.
Die erfindungsgemäße Einrichtung 100 zur gravimetrischen Staubmessung, die ebenfalls Bestandteil des Systems 1 ist, umfasst das Entnahmerohr 5, das Filtergehäuse 7, den Entnahmebogen 9, den Schlauch 11 und die Messgasentnahmeeinheit 13 sowie entsprechende Steuerungstechnik (nicht gezeigt).
Dem in dem Kanal 3 strömenden Gas 15 wird nun mittels der geregelten Messgasentnahmeeinheit 13 ein volumenmäßig definierter Messgasstrom entnommen, wobei dieses entnommene Messgas durch den Entnahmebogen 9 in das Filtergehäuse 7 geleitet wird und dort das Filterelement durchströmt. Dabei wird das entnommene Messgas von der Messgasentnahmeeinheit 13 mittels des Schlauchs 11 kontinuierlich durch das Filterelement angesaugt. Das Entnahmerohr 5 dient dem kontrollierten Einführen und Positionieren des Entnahmebogens 9 und des Filtergehäuses 7 in den Kanal 3, wobei somit entsprechend der Norm DIN EN 13284-1:2001 (D) ein sogenanntes „in-stack”-Verfahren vorliegt. Alternativ könnte aber auch ohne weiteres ein „out-stack”-Verfahren umgesetzt werden, wenn das Filtergehäuse 7 zwischen Entnahmerohr 5 und Schlauch 11 platziert ist und das Filterelement beheizt wird. Die vorliegende Erfindung ist somit nicht auf „in-stack”-Verfahren festgelegt.
Weiterhin ist am Ort der Messgasentnahme, also im Gebäude oder der Umgebung des Gebäudes, in dem der Kanal 3 angeordnet ist, eine Feuchtigkeitswaage 17, also eine beheizbare Waage 17 vorgesehen. Es handelt sich beispielsweise um den kommerziell erhältlichen Feuchtebestimmer MAC 50/1 der Firma RADWAG, Bracka Str. 28, 26-600 Radom, Polen.
Zur Bereitstellung gleichbleibender Messbedingungen für diese Waage 17, ist sie auf einem vibrationsfreien Tisch 19 gelagert und in einem sauberen und zugfreien Raum 21 angeordnet. Dieser Raum 21 kann sich entweder direkt im Gebäude (nicht gezeigt) des Kanals 3 befinden oder er wird als Teil des Systems 1, beispielsweise in Form eines Transport- und Wägekoffers, der gegebenenfalls klimatisiert wird, mitgeführt. Bevorzugt wird dieser Raum 21 klimatisiert ausgebildet, um gleichbleibende Temperatur- und Luftfeuchtebedingungen zu gewährleisten.
In den 2 bis 7 sind nun die Details des Filtergehäuses 7 gezeigt. Es ist zu erkennen, dass das Filtergehäuse 7 einen Filteradapter 23 aufweist, in dem Filteraufnahmen 25 angeordnet sind, wobei jede Filteraufnahme jeweils ein Filterelement 27 umhaust.
In 2 ist die Filteraufnahme 25 rein schematisch im Vertikalschnitt entlang der Linie A-A der Draufsicht aus 3 dargestellt. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Filteraufnahme 25.
Es ist zu erkennen, dass die Filteraufnahme 25 einen Grundkörper 29 und ein Abdeckelement 31 aufweist, zwischen denen das Filterelement 27 anordenbar ist. Das Abdeckelement 31 ist gekennzeichnet 32, so dass die Filteraufnahmen 25 eindeutig zu unterscheiden sind.
Der Grundkörper 29 ist hohlzylindrisch mit einem einseitigen Boden 33 ausgebildet und weist gegenüberliegend vom Boden 33 eine Aufnahmeöffnung 35 auf. In Umfangsrichtung sind im Grundkörper 29 erste Strömungsöffnungen 37 angeordnet, es können allerdings auch im Boden 35 solche erste Strömungsöffnungen 37 vorgesehen sein. Der Grundkörper 29 weist weiterhin einen die Aufnahmeöffnung 37 umfassenden Kragen 39 auf, an dem ein Innengewinde 41 angeordnet ist. Außerdem ist an dem Kragen 39 eine konisch sich nach innen verjüngende Sitzfläche 43 angeordnet.
Das Abdeckelement 31 weist einen zylindrischen Abschnitt 45 auf, in dem ein Außengewinde 47 angeordnet ist, das mit dem Innengewinde 41 des Grundkörpers 29 korrespondiert. In dem zylindrischen Abschnitt 45 sind zwei Sacklöcher 46 für die leichtere Entnahme der Filteraufnahme 25 aus dem Filtergehäuse 7 angeordnet. Zusätzlich sind zwei Anfasungen 48 am zylindrischen Abschnitt 45 angebracht, die zum Verschrauben und Lösen des Abdeckelements 31 gegenüber dem Grundkörper 29 dienen. Außerdem ist an dem Abdeckelement 31 ein hülsenförmiger Abschnitt 49 vorgesehen, der im verschraubten Zustand der Filteraufnahme 25 in den Grundkörper 29 hinein ragt. Dieser hülsenförmige Abschnitt 49 bildet eine zweite Strömungsöffnung 51, die zylindrisch ausgebildet ist und eine konische Sitzfläche 53 auf dem Außenumfang des hülsenförmigen Abschnittes 49, die sich in den Grundkörper 29 hinein verjüngend ausgebildet ist.
Sowohl der Grundkörper 29 als auch das Abdeckelement 31 weisen senkrecht zur Längsachse L der Filteraufnahme 25 verlaufende Sitzflächen 55, 57 auf, durch die sichergestellt ist, dass im vollständig verschraubten Zustand der Filteraufnahme 25 eine Strömung durch die Filteraufnahme 25 nur durch die mit der zweiten Strömungsöffnungen 51 korrespondierenden ersten Strömungsöffnungen 37 möglich ist.
Zur Sicherstellung einer diesbezüglichen zwangsweisen Durchströmung des Filterelementes 27 kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der im verschraubten Zustand der Filteraufnahme 25 sich ausbildende Abstand a der konischen Sitzflächen 43, 53 geringer ist als die Materialstärke des Filterelementes 27 in diesem Bereich, so dass das Filterelement 27 zwischen den konischen Sitzflächen 43, 53 eingeklemmt wird. Dieser Effekt könnte noch dadurch verstärkt werden, dass die konischen Sitzflächen 43, 53 nicht parallel zueinander laufen, sondern sich in Richtung zum Boden 33 hin annähern. Aber auch jede andere geeignete Art von Einklemmen des Filterelementes 27 ist geeignet, beispielsweise mit Hilfe einer Krempung des Öffnungsbereiches des Filterelementes 27.
In 4 und 5 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filteradapters 23 mit einer darin aufgenommenen Filteraufnahme 25 nach 2 und 3 im Vertikalschnitt (4) entlang der Linie B-B aus 5 bzw. im Horizontalschnitt (5) gezeigt. Es ist zu erkennen, dass der Filteradapter 23 als das Filtergehäuse 7 selbst ausgebildet ist und eine Gehäusewand 61 und einen Deckel 63 aufweist, wobei zur Fixierung des Deckels 63 auf der Gehäusewand 61 ein Überwurf (nicht gezeigt) vorgesehen ist, der auf die Gehäusewand 61 aufgeschraubt wird. Alternativ kann auch eine direkte Verschraubung des Deckels 63 auf der Gehäusewand 61 vorgesehen sein.
Zwischen Deckel 63 und Gehäusewand 61 ist eine elastische Dichtung 65 angeordnet, mit der der Filteradapter 23 in diesem Bereich luftdicht verschlossen wird. Die Höhe der Gehäusewand 61 ist so bemessen, dass das Abdeckelement 31 im verschlossenen Zustand der Filteraufnahme an der Dichtung 65 anliegt. Durch Verspannung des Deckels 63 gegenüber der Gehäusewand 61 wird so zugleich auch die Dichtung 65 gegenüber dem Abdeckelement 31 verspannt und so die zweite Strömungsöffnung 51 abgedichtet, wobei diese zweite Strömungsöffnung 51 genau mit dem am Deckel 63 angeordneten Entnahmebogen 9 korrespondiert. Zur exakten Positionierung der Filteraufnahme 25 im Filteradapter 23 sind drei Führungen 67 vorgesehen, die jeweils an der Filteraufnahme 25 anliegen.
Im Betrieb des Filteradapters 23 bzw. des Filtergehäuses 7 innerhalb des Systems 1 zur gravimetrischen Staubmessung ist der Filteradapter 23 an dem Entnahmerohr 5 angeordnet und die Austrittsöffnung 69 verläuft innerhalb des Entnahmerohrs 5. Mit Hilfe der Messgasentnahmeeinheit 13 wird dann über den Schlauch 11, der mit der Austrittsöffnung 69 verbunden ist, Messgas über das Filterelement 27 geführt. Dabei tritt das Staub beladene Messgas durch den Entnahmebogen ein und wird in die zweite Strömungsöffnung 51 eingeleitet, durchdringt das Filterelement 27 und verlässt die Filteraufnahme 25 durch die ersten Strömungsöffnungen 37, wobei es in einen Ringraum 71 eintritt, der rings um die Filteraufnahme 25 besteht. Von dem Ringraum 71 wird das Messgas über die Austrittsöffnung 69 entnommen.
In 6 und 7 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filteradapters 23' mit einer darin aufgenommenen Filteraufnahme 25 nach 2 und 3 im Vertikalschnitt (6) entlang der Linie C-C aus 7 bzw. im Horizontalschnitt (7) gezeigt. Es ist zu erkennen, dass der Filteradapter 23' wiederum als das Filtergehäuse 7' selbst ausgebildet ist. Gleiche und ähnliche Elemente sind dabei mit gleichen bzw. ähnlichen Bezugszeichen wie in 4 und 5 angegeben.
Im Wesentlichen unterscheiden sich der erste Filteradapter 23 und der zweite Filteradapter 23' nur dahingehend, dass der zweite Filteradapter 23' für die Aufnahme von drei Filteraufnahmen 25 vorbereitet ist. Dazu ist eine in 7 gezeigte Anzahl von sechs Führungen 67 vorgesehen, die wiederum an den Filteraufnahmen 25 anliegen. Der Deckel 63' ist hier wesentlich dicker ausgebildet, wobei im Inneren drei (aufgrund des Schnittes entlang der Linie C-C ist nur ein Kanal 73 zu sehen) von dem Entnahmebogen 9 abzweigende Kanäle 73 vorgesehen sind, die jeweils mit der entsprechenden zweiten Strömungsöffnung 51 korrespondieren.
Bei dieser Ausführungsform 23' werden alle drei Filteraufnahmen 25 mittels der Dichtung 65 verspannt und abgedichtet. Das aus dem Entnahmebogen 9 eingeführte Messgas tritt hier parallel in die drei Filteraufnahmen 25 durch die zweiten Strömungsöffnungen 51 ein und verlässt diese in den gemeinsamen Ringraum 71'. Aufgrund der identischen Kanalquerschnitte der Kanäle 73 liegen über alle Filterelemente 27 identische Strömungsverhältnisse vor. Im Übrigen erfolgt allerdings auch eine automatische Selbstregulierung dieser Strömungsverhältnisse, denn für den Fall, dass ein Filterelement 27 einen höheren Messgasdurchfluss aufweist, wird dieses Filterelement 27 auch mit einer höheren Staubmenge beladen, wodurch dessen Strömungswiderstand zunimmt, wodurch wiederum die anderen Filterelemente 27 einen im Vergleich höheren Messgasdurchfluss aufweisen, usw.
Alternativ zu der hier gezeigten Ausgestaltung, dass das Filtergehäuse 7, 7' mit dem jeweiligen Filteradapter 23, 23' identisch ist, kann auch eine Trennung dahingehend vorgesehen sein, dass die Filteradapter 23, 23' als in gesonderte Filtergehäuse (nicht gezeigt) einbringbar ausgebildet sind, wodurch bestehende Systeme zur gravimetrischen Staubmessung einfach nachgerüstet werden können. Außerdem sind auch Filteradapter vorsehbar, die eine andere Anzahl an Filteraufnahmen 25 aufnehmen können, beispielsweise zwei oder vier oder mehr Filteraufnahmen 25. Anstelle der gezeigten hülsenartigen Filterelemente 27 können auch scheibenartige Filter vorgesehen werden.
Zur Bestimmung der Staubmassenkonzentration in dem Gas 15 werden nun die Filterelemente 27 gemeinsam mit der jeweiligen Filteraufnahme 25 oder auch nur das Filterelement 27 mittels der Waage 17 gewogen. Hierzu wird das Filterelement 27 bzw. Filterelement 27 mit der Filteraufnahme 25 in der Waage 17 platziert und in der Waage 17 für einen Zeitraum von 5 bis 30 Minuten bei hoher Temperatur, vorzugsweise 160°C temperiert. Falls weitere Filterlemente 27 bzw. Filteraufnahmen 25 mit Filterlementen 27 gewogen werden müssen, können diese bereits jetzt außerhalb der Waage 17 ausgeheizt werden, um die Wägezeit zu reduzieren. Nach dieser Zeit wird sich ein Massen-Equilibrium dadurch einstellen, dass jegliche Feuchte und andere flüchtigen Stoffe abgedampft sind. Das Erreichen des Massen-Equilibriums kann dabei entweder manuell überwacht werden oder es ist eine Überwachungsroutine in der Waage 17 bzw. in der mit der Waage 17 verbundenen Auswerteelektronik der Messgasentnahmeeinheit 13 implementiert, die sukzessive zeitlich aufeinanderfolgende Wägungen vornimmt, um den Zeitpunkt zu bestimmen, ab dem sich die Masse nicht mehr ändert. Die Überwachungsroutine kann das Erreichen dieser Massekonstanz signalisieren und nach der Entnahme des Wägegutes den aktuellen Nullpunkt der Waage 17 bestimmen, um Einflüsse der hohen Temperaturen auf die Wage 17 zu kompensieren und damit die Messgenauigkeit erhöhen.
Nach dieser Wägung können die Filterelemente 27 zusammen mit den jeweiligen Filteraufnahmen 25 direkt im Filteradapter 23, 23' und damit im Filtergehäuse 7, 7' angeordnet werden. Wenn die Wägung schon mit Filteraufnahme 25 erfolgte, erhöht sich die Handhabungssicherheit, da ein Materialverlust beim Filterelement 27 bei dessen Handhabung verhindert ist.
Anschließend wird das Entnahmerohr 5 in die Revisionsöffnung 4 des Kanals 3 eingeführt, um die Messgasentnahme vorzunehmen. Hierzu wird in üblicher Art und Weise mittels der geregelten Messgasentnahmeeinheit 13 dem Staub beladenen Gasstrom 15 eine definierte Menge Messgas, beispielsweise 1 m³ entnommen.
Danach wird die Entnahme gestoppt und es werden die Filterelemente 27 entfernt und vorzugsweise zusammen mit den jeweiligen Filteraufnahmen 25 erneut nach der obigen Vorschrift mittels der Waage 17 gewogen.
Aus dem dabei bestimmten Wert für das Massen-Equilibrium wird die Differenz mit dem Ausgangswert gebildet und so die Staubmasse bestimmt. Im Zusammenhang mit dem entnommenen Messgasvolumen kann daraus die Staubmassenkonzentration im Gasstrom 15 berechnet werden. Zur Sicherheit wird dieses Verfahren bevorzugt mindestens dreimal durchgeführt und die Messergebnisse werden statistisch ausgewertet.
Aus dem vorstehenden ist deutlich geworden, dass mit der vorliegenden Erfindung die gravimetrische Staubmessung wesentlich verbessert wird. Vor allem wird sie aufgrund des umhausten Filterelements 27 wesentlich leichter handhabbar und mit höherer Messgenauigkeit ermöglicht. Aufgrund der vor Ort verwendeten beheizbaren Waage 17 wird eine Messung der Staubmassenkonzentration bereit gestellt, mit der auch kurzfristig am Messort Aussagen über die Staubmassenkonzentration bei ausreichender Genauigkeit möglich sind. Insbesondere werden hierbei Messgenauigkeiten von mindestens 5 mg/m³ erzielt. Zur Gewährleistung einer hohen Präzision der Wägung kann die beheizbare Waage 17 mit temperaturstabilen Eichnormalen überprüft bzw. justiert werden.
Bezugszeichenliste

1: System zur gravimetrischen Staubmessung
3: Kanal
4: Revisionsöffnung
5: Entnahmerohr
7, 7': Filtergehäuse
9: Entnahmebogen
10: Staubentnahmevorrichtung
11: Schlauch
13: Messgasentnahmeeinheit
15: Gas
17: Feuchtigkeitswaage
19: Tisch
21: Raum
23, 23': Filteradapter
25: Filteraufnahmen
27: Filterelement
29: Grundkörper
31: Abdeckelement
32: Kennzeichnung
33: Boden
35: Aufnahmeöffnung
37: erste Strömungsöffnungen
39: Kragen
41: Innengewinde
43: Sitzfläche
45: zylindrischer Abschnitt
46: Sacklöcher
47: Außengewinde
48: Anfasungen
49: hülsenförmiger Abschnitt
51: zweite Strömungsöffnung
53: Sitzfläche
55: Sitzfläche
57: Sitzfläche
61, 61': Gehäusewand
63, 63': Deckel
65: Dichtung
67: Führung
69: Austrittsöffnung
71, 71': Ringraum
73: Kanal
100: Einrichtung zur gravimetrischen Staubmessung
a: Abstand der konischen Sitzflächen 43, 53
L: Längsachse der Filteraufnahme 25

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007041369 A1 [0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm DIN EN 13284-1:2001 (D) „Emissionen aus stationären Quellen – Ermittlung der Staubmassenkonzentration bei geringen Staubkonzentrationen – Teil 1: Manuelles gravimetrisches Verfahren” [0004]
Norm DIN EN 13284-2 „Emissionen aus stationären Quellen – Ermittlung der Staubmassenkonzentration bei geringen Staubkonzentrationen – Teil 2: Automatische Messeinrichtungen” [0011]
Norm DIN EN 13284-1:2001 (D) „Emissionen aus stationären Quellen – Ermittlung der Staubmassenkonzentration bei geringen Staubkonzentrationen – Teil 1: Manuelles gravimetrisches Verfahren” [0033]
Norm DIN EN 13284-1:2001 (D) [0046]

Claims

Filteraufnahme (25) für ein Filtergehäuse (7; 7') einer Einrichtung (100) zur gravimetrischen Staubmessung, wobei in dem Filtergehäuse (7, 7') zumindest ein Filterelement (27) anordenbar ist, durch das ein Staub belastetes Messgas durchgeleitet wird, wobei die Filteraufnahme (25) in das Filtergehäuse (7; 7') einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Filteraufnahme (25) das darin angeordnete Filterelement (27) umhaust.
Filteraufnahme (25) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filteraufnahme (25) zur Aufnahme von hülsenförmigen Filterelementen (27) ausgelegt ist und bevorzugt einen einseitig geschlossenen hohlzylindrischen Grundkörper (29) und ein Abdeckelement (31) aufweist.
Filteraufnahme (25) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (29) zumindest in Umfangsrichtung zumindest eine erste Strömungsöffnung (37) für das Messgas aufweist und/oder dass das Abdeckelement (31) zumindest eine zweite Strömungsöffnung (51) für das Messgas aufweist.
Filteraufnahme (25) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (29) einen konischen Sitz (43) und das Abdeckelement (31) einen konischen Sitz (53) umfassen, zwischen denen das Filterelement (27) anordenbar ist, wobei der Abstand (a) der konischen Sitzflächen (43, 53) im verschraubten Zustand bevorzugt geringer ist als die Materialstärke des Filterelements (27).
Filteraufnahme (25) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (31) mit dem Grundkörper (29) arretierbar, insbesondere verschraubbar ausgebildet ist.
Filteraufnahme (25) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filteraufnahme (25) ein keramisches oder metallisches Material, insbesondere Edelstahl aufweist.
Filteraufnahme (25) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filteraufnahme (25) eine Innenlänge im Bereich von 4 cm bis 10 cm, bevorzugt 5 cm bis 8 cm, insbesondere von 6 cm und/oder einen Innendurchmesser im Bereich von 5 mm bis 20 mm, bevorzugt 7 mm bis 11 mm, insbesondere von 9 mm aufweist.
Filteraufnahme (25) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filteraufnahme (25) im Zusammenhang mit einem aufgenommenen Filterelement (27) für einen Messgasdurchfluss im Bereich 10 l/min bis 50 l/min, bevorzugt 20 l/min bis 40 l/min, insbesondere für einen Messgasdurchfluss von 30 l/min ausgelegt ist.
Filteraufnahme (25) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Adapter (23; 23') vorgesehen ist zur Anordnung der Filteraufnahme (25) in dem Filtergehäuse (7; 7'), wobei der Adapter (23; 23') bevorzugt angepasst ist, zumindest zwei Filteraufnahmen (25) so aufzunehmen, dass die aufgenommenen Filterelemente (27) parallel von einem Messgasstrom durchströmt werden, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der Adapter (23; 23') im Zusammenhang mit der Filteraufnahme (25) oder den Filteraufnahmen (25) und den darin aufgenommenen Filterelementen (27) einen Messgasdurchfluss von mindestens 20 l/min und insbesondere von mindestens 30 l/min gestattet.
Filteraufnahme (25) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kennzeichnung (32) zur Identifizierung der Filteraufnahme (25) vorgesehen ist, wobei die Kennzeichnung (32) bevorzugt an dem Abdeckelement (31) angeordnet ist.
Filteraufnahme nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filteraufnahme mit vorgeschalteten strömungsführenden Teilen der Einrichtung zur gravimetrischen Staubmessung, insbesondere fest, verbunden ist, so dass Staubanlagerungen an diesen strömungsführenden Teilen mit gewogen werden können.
Einrichtung (100) zur gravimetrischen Staubmessung, umfassend eine Staubentnahmevorrichtung (10) mit einem Filtergehäuse (7; 7'), in dem zumindest ein Filterelement (27) anordenbar ist, durch das ein Staub belastetes Messgas durchgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (27) in einer das Filterelement (27) umhausenden Filteraufnahme (25) anordenbar ist, die in das Filtergehäuse (7; 7') einführbar ist, wobei die Filteraufnahme (25) bevorzugt nach einem der vorherigen Ansprüche ausgebildet ist.
Verfahren zur gravimetrischen Staubmessung unter Verwendung einer Staubentnahmevorrichtung (10) mit einem Filtergehäuse (7; 7'), in dem zumindest ein Filterelement (27) anordenbar ist, durch das ein Staub belastetes Messgas durchgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (27) in einer das Filterelement (27) umhausenden Filteraufnahme (25) angeordnet wird, die in dem Filtergehäuse (7; 7') angeordnet wird, wobei bevorzugt die Einrichtung (100) nach Anspruch 12 verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (25) so vorkonditioniert wird, dass sich anlagernder Staub agglomeriert.