DE102015122256A1

DE102015122256A1 - Measuring system and measuring method with liquid-cooled probe

Info

Publication number: DE102015122256A1
Application number: DE102015122256.6A
Authority: DE
Inventors: Fred Gumprecht
Original assignee: Enotec Prozess- und Umweltmesstechnik GmbH
Current assignee: Enotec Prozess- und Umweltmesstechnik GmbH
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2035-12-19
Also published as: DE102015122256B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messsystem mit einer flüssigkeitsgekühlten Messsonde (1), welche folgendes aufweist: – ein Sondenrohr (2) mit einem Außenmantel (13) und einem Innenmantel (14), wobei durch ein erstes Ende (12) des Sondenrohrs (2) Messgas aus einem heißen Gasstrom angesaugt wird, welches durch den Innenmantel (14) in Richtung des zweiten Endes (39) des Sondenrohrs (2) strömt, – einen Strömungskanal für eine Kühlflüssigkeit, der zwischen dem Außenmantel (13) und dem Innenmantel (14) vom zweiten Ende (39) des Sondenrohrs (2) zu dessen ersten Ende (12) und wieder zurück verläuft, wobei zumindest ein Abschnitt (38) des Strömungskanals an den Innenmantel (14) grenzt, – einen Einlass-Anschluss (41) am zweiten Ende (39) des Sondenrohrs (2), durch welchen Kühlflüssigkeit in den Strömungskanal einströmt, – einen Auslass-Anschluss (42) am zweiten Ende (39) des Sondenrohrs (2), durch welchen Kühlflüssigkeit aus dem Strömungskanal ausströmt; Um einen zuverlässigen Betrieb der Messsonde sicherzustellen, ist eine Temperatur-Regelungseinheit (43) vorgesehen, die die Temperatur der Kühlflüssigkeit derart regelt, dass die Temperatur der Kühlflüssigkeit im gesamten an den Innenmantel (14) grenzenden Abschnitt (38) des Strömungskanals oberhalb von 60 °C liegt.The invention relates to a measuring system with a liquid-cooled measuring probe (1), comprising: a probe tube (2) with an outer jacket (13) and an inner jacket (14), measuring gas being drawn through a first end (12) of the probe tube (2) is sucked from a hot gas stream, which flows through the inner jacket (14) in the direction of the second end (39) of the probe tube (2), - a flow channel for a cooling liquid between the outer jacket (13) and the inner jacket (14) from second end (39) of the probe tube (2) to the first end (12) and back again, wherein at least a portion (38) of the flow channel adjacent to the inner shell (14), - an inlet port (41) at the second end (39) of the probe tube (2), through which cooling liquid flows into the flow channel, - an outlet port (42) at the second end (39) of the probe tube (2), through which cooling liquid flows out of the flow channel; In order to ensure reliable operation of the measuring probe, a temperature control unit (43) is provided which regulates the temperature of the cooling liquid such that the temperature of the cooling liquid is above 60 ° in the entire section (38) of the flow channel adjacent to the inner jacket (14) C is.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messsystem und ein Messverfahren mit einer flüssigkeitsgekühlten Messsonde, welche folgendes aufweist:

– ein Sondenrohr mit einem Außenmantel und einem Innenmantel, wobei durch ein erstes Ende des Sondenrohrs Messgas aus einem heißen Gasstrom angesaugt wird, welches durch den Innenmantel in Richtung des zweiten Endes des Sondenrohrs strömt,
– einen Strömungskanal für eine Kühlflüssigkeit, der zwischen dem Außenmantel und dem Innenmantel vom zweiten Ende des Sondenrohrs zu dessen ersten Ende und wieder zurück verläuft, wobei zumindest ein Abschnitt des Strömungskanals an den Innenmantel grenzt,
– einen Einlass-Anschluss am zweiten Ende des Sondenrohrs, durch welchen Kühlflüssigkeit in den Strömungskanal einströmt,
– einen Auslass-Anschluss am zweiten Ende des Sondenrohrs, durch welchen Kühlflüssigkeit aus dem Strömungskanal ausströmt.

The invention relates to a measuring system and a measuring method with a liquid-cooled measuring probe, which has the following:

A probe tube having an outer sheath and an inner sheath, sample gas being drawn in from a hot gas stream through a first end of the probe tube and passing through the inner sheath toward the second end of the probe tube,
A flow channel for a cooling liquid, which runs between the outer jacket and the inner jacket from the second end of the probe tube to its first end and back, at least a portion of the flow channel being adjacent to the inner jacket,
An inlet connection at the second end of the probe tube, through which cooling liquid flows into the flow channel,
- An outlet port at the second end of the probe tube, through which cooling fluid flows from the flow channel.

Eine derartige Messsonde, im vorliegenden Fall eine Gasentnahmesonde ist aus der Druckschrift EP 1 371 976 B1 bekannt. Sie ist dazu bestimmt, den Betreibern der Feuerungsanlagen von Kraftwerken, Müllverbrennungsanlagen, Glasschmelzen, Zementdrehöfen und ähnlichen Anlagen eine einwandfreie Verbrennung durch Regelung der Feuerung zu gewährleisten. Um die vorgeschriebenen Grenzwerte für die Abgaszusammensetzung einhalten zu können, ist ständig die Zusammensetzung und insbesondere die Sauerstoffkonzentration im Rauchgas zu überwachen. Ein besonderes Einsatzfeld für derartige Sonden sind Zementdrehrohröfen. Hier wird durch die Sonde Rauchgas mit einer Temperatur von bis zu 1.400°C entnommen. Als Kühlflüssigkeit wird in aller Regel Wasser, ggf. mit einem Frostschutzmittel oder anderen Additiven verwendet. Aus diesem Grund wird in der Folge auch von Wasserkühlung gesprochen. Es ist aber auch möglich, eine andere Kühlflüssigkeit, z.B. Öl, zu verwenden, die einen anderen Siedepunkt aufweist, als Wasser. Ein Zwischenmantel teilt den Raum zwischen Außenmantel und Innenmantel für die Kühlflüssigkeit in einen äußeren Strömungskanalabschnitt mit ringförmigem Querschnitt, in dem Kühlflüssigkeit von einem kalten zweiten Ende des Sondenrohrs zu dessen freien ersten Ende innerhalb des Rauchgases strömt, und in einen inneren Strömungskanalabschnitt mit ringförmigem Querschnitt, in dem die Kühlflüssigkeit von dem heißen ersten Ende zurück zum kalten zweiten Ende des Sondenrohrs strömt. Es sind aber auch andere Strukturen zum Leiten der Strömung der Kühlflüssigkeit zwischen Außenmantel und Innenmantel möglich, zum Beispiel mehrere Rohre mit unterschiedlichem Durchmesser.Such a probe, in the present case a gas sampling probe is from the document EP 1 371 976 B1 known. It is intended to ensure the operators of combustion plants of power plants, waste incineration plants, glass melting, Zementdrehöfen and similar plants perfect combustion by controlling the firing. In order to be able to comply with the prescribed limit values for the exhaust gas composition, it is necessary to constantly monitor the composition and in particular the oxygen concentration in the flue gas. A particular field of application for such probes are cement rotary kilns. Here, flue gas with a temperature of up to 1,400 ° C is removed by the probe. As a coolant usually water, possibly used with an antifreeze or other additives. For this reason, it is also referred to in the episode of water cooling. But it is also possible to use another coolant, for example oil, which has a different boiling point than water. An intermediate jacket divides the space between the outer jacket and the inner jacket for the cooling liquid into an outer flow channel section of annular cross section in which cooling liquid flows from a cold second end of the probe tube to its free first end within the flue gas and into an inner flow channel section of annular cross section the coolant flows from the hot first end back to the cold second end of the probe tube. However, other structures for guiding the flow of the cooling liquid between the outer jacket and the inner jacket are also possible, for example a plurality of tubes of different diameter.

Frühere Messverfahren und Messanordnungen zur Bestimmung der gasförmigen Rauchgasbestandteile schlugen vor, mittels wassergekühlter Messsonden das Messgas aus dem Feuerraum anzusaugen und über temperierte Schläuche und weite Wege einem Gas-Analysengerät zuzuführen. Das Rauchgas brauchte mehrere Minuten, um von dem Feuerraum zum Analysegerät zu gelangen. Die geänderte Gaszusammensetzung konnte also nur mit einer großen zeitlichen Verzögerung gemessen werden. In stark staubbeladenen Feuerungen von z. B. Zementdrehöfen bestand bei den zuvor bekannten Sonden die Gefahr des Anbackens von Staub im Innern des Messraumes (Rohmehlansatz). Previous measuring methods and measuring arrangements for the determination of the gaseous flue gas constituents suggested that the measuring gas be sucked out of the furnace by means of water-cooled measuring probes and fed via tempered hoses and long ways to a gas analyzer. The flue gas took several minutes to get from the firebox to the analyzer. The changed gas composition could therefore only be measured with a long time delay. In heavily dust-laden firings of z. B. Zementdrehöfen was in the previously known probes the risk of caking of dust inside the measuring space (raw meal approach).

Diese Nachteile wurden durch die Messsonde gemäß der Druckschrift EP 1 371 976 B1 verringert oder beseitigt. Ein Messsensor für das entnommene Messgas befindet sich innerhalb eines Innenmantels des gekühlten Sondenrohrs nahe der Entnahmestelle. Das entnommene Gas durchströmt einen aus einem Sinterwerkstoff gefertigten, rohrförmigen Filter, der eine Messkammer umschließt, so dass Staubpartikel vor Erreichen des Messsensors aus dem Rauchgas herausgefiltert werden. Mit der Messkammer ist eine Ausstoßplatte verbunden, die sich innerhalb des Innenmantels nahe dem freien Ende des Sondenrohrs befindet. Die Ausstoßplatte ist innerhalb des Innenmantels axial beweglich. Zwischen der Ausstoßplatte und dem Innenmantel ist ein Ringspalt vorgesehen, durch den das Messgas in das Sondenrohr einströmt und zum Filter hin strömt. Die Messkammer mit dem Filter und der Ausstoßplatte ist axial verschiebbar innerhalb des Innenmantels angeordnet. Sie wird in regelmäßigen Abständen axial nach vorne geschoben, damit die Ausstoßplatte eine Ansammlung von Partikeln am freien Ende des Sondenrohrs innerhalb des Feuerraums beseitigt. Das Sondenrohr selbst wird in regelmäßigen Zeitabständen um einen Winkel von 90° gedreht. Auf diese Weise soll erreicht werden, dass Ablagerungen von Partikeln auf der Sondenrohr-Oberfläche herunterfallen und das Sondenrohr durch derartige Ablagerungen nicht fest mit der Eintrittsöffnung des Feuerraums verbunden wird, durch welche das Sondenrohr ragt. These disadvantages were determined by the measuring probe according to the document EP 1 371 976 B1 reduced or eliminated. A measuring sensor for the sampled gas is located within an inner jacket of the cooled probe tube near the sampling point. The withdrawn gas flows through a tubular filter made of a sintered material, which encloses a measuring chamber, so that dust particles are filtered out of the flue gas before reaching the measuring sensor. Connected to the metering chamber is an ejection plate located within the inner shell near the free end of the probe tube. The ejection plate is axially movable within the inner shell. Between the ejection plate and the inner jacket an annular gap is provided, through which the sample gas flows into the probe tube and flows towards the filter. The measuring chamber with the filter and the ejection plate is arranged axially displaceable within the inner shell. It is pushed axially forward at regular intervals so that the ejection plate removes an accumulation of particles at the free end of the probe tube within the furnace. The probe tube itself is rotated at regular intervals by an angle of 90 °. In this way it should be achieved that deposits of particles fall down on the probe tube surface and the probe tube is not firmly connected by such deposits with the inlet opening of the furnace through which projects the probe tube.

Die Messsonde der EP 1 371 976 B1 hat sich in der Praxis bewährt. Allerdings können bei Ihrem Betrieb Probleme auftreten, wenn in dem Messgas enthaltener Wasserdampf auskondensiert und sich an den Bauteilen innerhalb des Innenmantels des Sondenrohrs ablagert. Mit den Partikeln innerhalb des Messgases kann auskondensiertes Wasser insbesondere die Poren in dem rohrförmigen Filter aus Sinterwerkstoff verstopfen. The measuring probe of EP 1 371 976 B1 has proven itself in practice. However, problems can occur in your operation if water vapor contained in the sample gas condenses out and deposits on the components inside the inner jacket of the probe tube. With the particles within the sample gas condensed water can clog in particular the pores in the tubular filter made of sintered material.

Die vorliegende Erfindung soll einen zuverlässigen Betrieb der Messsonde sicherstellen.The present invention is intended to ensure reliable operation of the probe.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

– eine Temperatur-Regelungseinheit, die die Temperatur der Kühlflüssigkeit derart regelt, dass die Temperatur der Kühlflüssigkeit im gesamten an den Innenmantel grenzenden Abschnitt des Strömungskanals oberhalb von 60 °C liegt.

This object is achieved by the following features:

A temperature control unit which regulates the temperature of the cooling liquid in such a way that the temperature of the cooling liquid is above 60 ° C. in the entire section of the flow channel adjoining the inner jacket.

Bei einem Messgasstrom, dessen Druck in der Größenordnung des Umgebungsdrucks liegt, kondensiert in dem Gas enthaltenes Wasser bei Temperaturen unterhalb von 60 °C aus. Das Wasser kann sich mit Schadstoffen in dem Messgasstrom vermischen, insbesondere mit Partikeln, die im Messgasstrom enthalten sind. Hierdurch entsteht ein Schlamm, der Filter innerhalb der Messsonde verstopfen kann. Ferner kann der Schlamm aggressive Eigenschaften entwickeln und die Bauelemente der Messsonde angreifen.With a sample gas flow whose pressure is of the order of the ambient pressure, water contained in the gas condenses at temperatures below 60 ° C. The water can mix with pollutants in the sample gas stream, in particular with particles contained in the sample gas stream. This creates a sludge that can clog filters inside the probe. Furthermore, the sludge can develop aggressive properties and attack the components of the measuring probe.

Durch die Maßnahme, die Temperatur der Kühlflüssigkeit zumindest im gesamten, an den Innenmantel angrenzenden Abschnitt des Strömungskanals oberhalb von 60 °C zu halten, ist sichergestellt, dass der Gasstrom innerhalb des Innenmantels die kritische Temperatur von 60 °C nicht unterschreitet. Die vorgeschlagene Maßnahme, die Temperatur der Kühlflüssigkeit hoch zu regeln, ist bei einem flüssigkeitsgekühlten Sondenrohr eher ungewöhnlich. Aufgrund der hohen Temperatur im Rauchgaskanal besteht üblicherweise der Wunsch, eine maximale Kühlleistung durch möglichst kalte Kühlflüssigkeit zu erzielen. Die Entwickler des hier beschriebenen Systems haben dagegen erkannt, dass ein Erhöhen der Temperatur der Kühlflüssigkeit vorteilhaft ist um das Auskondensieren und Ablagern von Wasser zu vermeiden.By the measure to keep the temperature of the coolant at least in the entire, adjacent to the inner shell portion of the flow channel above 60 ° C, it is ensured that the gas flow within the inner shell does not fall below the critical temperature of 60 ° C. The proposed measure to regulate the temperature of the coolant high, is rather unusual in a liquid-cooled probe tube. Due to the high temperature in the flue gas duct, there is usually the desire to achieve maximum cooling capacity by cooling liquid as cold as possible. By contrast, the developers of the system described here have recognized that increasing the temperature of the cooling liquid is advantageous in order to avoid the condensation and deposition of water.

In der Praxis kann die Temperatur-Regelungseinheit mit einem Temperatursensor am Einlass-Anschluss verbunden sein und die Temperatur der Kühlflüssigkeit am Einlass-Anschluss derart regeln, dass sie oberhalb von 60 °C liegt. Wenn der Zustrom von Kühlflüssigkeit in das Sondenrohr am Einlass-Anschluss oberhalb der kritischen Grenztemperatur erfolgt, wird das Ziel erreicht, dass diese Grenztemperatur über die gesamte Länge des Sondenrohrs nicht unterschritten wird. Wie erwähnt, wird das Sondenrohr der Messsonde in der Regel in ein Rauchgas bei einer Temperatur von über 1000 °C eingebracht. Die Temperatur in der Nähe der Messsonde, z.B. in der Umgebung eines Zementdrehrohrofens, liegt in aller Regel weit über 60 °C, sodass die Kühlflüssigkeit nach dem Einströmen in den Strömungskanal weiter erwärmt wird und folglich in dem gesamten Strömungskanal einen höheren Wert aufweist, als am Einlass-Anschluss.In practice, the temperature control unit may be connected to a temperature sensor at the inlet port and regulate the temperature of the cooling liquid at the inlet port to be above 60 ° C. If the inflow of cooling liquid into the probe tube at the inlet port is above the critical limit temperature, the goal is achieved that this limit temperature is not undershot over the entire length of the probe tube. As mentioned, the probe tube of the probe is usually introduced into a flue gas at a temperature of about 1000 ° C. The temperature near the probe, e.g. in the vicinity of a cement rotary kiln, is generally well above 60 ° C, so that the cooling liquid is heated further after flowing into the flow channel and thus in the entire flow channel has a higher value than at the inlet port.

Wie oben erwähnt, kann zwischen dem Außenmantel und dem Innenmantel des Sondenrohrs ein Zwischenmantel angeordnet sein, der den zwischen dem Außenmantel und dem Innenmantel liegenden Strömungsraum in einen äußeren Strömungskanalabschnitt und einen inneren, an den Innenmantel grenzenden Strömungskanalabschnitt aufteilt, wobei nahe dem ersten Ende des Sondenrohrs mindestens eine Durchtrittsöffnung angeordnet ist, welche den äußeren Strömungskanalabschnitt mit dem inneren Strömungskanalabschnitt verbindet. Die Durchtrittsöffnung kann in dem Zwischenmantel selbst angeordnet sein. Der Zwischenmantel kann aber auch einige Millimeter oder Zentimeter vor der Verbindung zwischen Außen- und Innenmantel enden, so dass die Durchtrittsöffnung zwischen dem Ende des Zwischenmantels und der Verbindung zwischen Außenund Innenmantel entsteht. As mentioned above, between the outer jacket and the inner jacket of the probe tube an intermediate sheath may be arranged which divides the flow space between the outer sheath and the inner sheath into an outer flow channel section and an inner flow channel section adjacent to the inner sheath, near the first end of the probe tube at least one passage opening is arranged, which connects the outer flow channel section with the inner flow channel section. The passage opening can be arranged in the intermediate casing itself. But the intermediate sheath may also end a few millimeters or centimeters before the connection between the outer and inner sheath, so that the passage opening between the end of the intermediate sheath and the connection between the outer and inner sheath is formed.

Der Einlass-Anschluss kann mit dem äußeren Strömungskanalabschnitt und der Auslass-Anschluss kann mit dem inneren Strömungskanalabschnitt verbunden sein. Hieraus ergibt sich eine besonders vorteilhafte Kühlung des Sondenrohrs. Die relativ kühle Flüssigkeit, die durch den Einlass-Anschluss zugeleitet wird, fließt durch den äußeren Strömungskanalabschnitt, welcher an den Außenmantel grenzt, und nimmt die Wärme des heißen Rauchgases auf, das den Außenmantel an der Außenseite umströmt. Die Kühlflüssigkeit erreicht ihre höchste Temperatur im Bereich des ersten, freien Endes des Sondenrohrs innerhalb der Rauchgasströmung. Hier fließt die Kühlflüssigkeit aus dem äußeren Strömungskanalabschnitt in den inneren Strömungskanalabschnitt. Im Inneren Strömungskanalabschnitt fließt die Kühlflüssigkeit zurück zum zweiten, kalten Ende der Sondenrohrs außerhalb des Rauchgaskanals. Dabei gibt sie einen Teil der aufgenommenen Wärme wieder ab und heizt dadurch die Bauteile innerhalb des Innenmantels auf eine Temperatur über 60 °C. Ein Auskondensieren des Wassers in dem Rauchgasstrom innerhalb des Innenmantels wird folglich zuverlässig vermieden.The inlet port may be connected to the outer flow channel portion and the outlet port may be connected to the inner flow channel portion. This results in a particularly advantageous cooling of the probe tube. The relatively cool liquid, which is supplied through the inlet port, flows through the outer flow channel section, which adjoins the outer shell, and absorbs the heat of the hot flue gas, which flows around the outer jacket on the outer side. The cooling liquid reaches its highest temperature in the region of the first, free end of the probe tube within the flue gas flow. Here, the cooling liquid flows from the outer flow channel section into the inner flow channel section. In the inner flow channel section, the cooling liquid flows back to the second, cold end of the probe tube outside the flue gas channel. It releases some of the absorbed heat and heats the components within the inner jacket to a temperature above 60 ° C. Condensation of the water in the flue gas stream within the inner shell is thus reliably avoided.

Um dies zu erreichen, kann die Temperatur-Regelungseinheit mit einem Temperatursensor am Auslass-Anschluss verbunden sein und die Temperatur der Kühlflüssigkeit derart geregelt werden, dass die Temperatur am Auslass-Anschluss oberhalb von 60 °C liegt. Da die Temperatur innerhalb des an den Innenmantel angrenzenden inneren Strömungskanalabschnitt vom ersten, heißen Ende des Sondenrohrs zum Auslass-Anschluss am zweiten Ende hin abnimmt, ist gewährleistet, dass die Temperatur der Kühlflüssigkeit innerhalb des gesamten inneren Strömungskanalabschnitt oberhalb von 60 °C liegt, auch wenn gegebenenfalls am Einlass-Anschluss eine niedrigere Temperatur herrscht. Es können auch zwei Temperatursensoren an die Temperatur-Regelungseinheit angeschlossen werden, von denen die Temperatur am Auslass-Anschluss und einer die Temperatur am Einlass-Anschluss misst.To achieve this, the temperature control unit may be connected to a temperature sensor at the outlet port and the temperature of the cooling fluid may be controlled such that the temperature at the outlet port is above 60 ° C. As the temperature within the inner flow channel section adjacent the inner shell decreases from the first, hot end of the probe tube to the outlet port at the second end, it is ensured that the temperature of the cooling fluid within the entire inner flow channel section is above 60 ° C, even if possibly at the inlet connection a lower temperature prevails. Two temperature sensors can also be connected to the temperature control unit, one of which measures the temperature at the outlet port and one the temperature at the inlet port.

In der Praxis kann die Temperatur der Kühlflüssigkeit so geregelt werden, dass die Kühlflüssigkeit mit einer Temperatur von mindestens 80 °C und vorzugsweise 85 °C aus dem hinteren Ende des Sondenrohrs austritt. Auf diese Weise wird die Sicherheit gegen Auskondensieren des Wasserdampfes aus dem Messgas erhöht. In practice, the temperature of the cooling liquid can be controlled so that the cooling liquid at a temperature of at least 80 ° C and preferably 85 ° C exits from the rear end of the probe tube. In this way, the security against condensation of the water vapor is increased from the sample gas.

Zum Regeln der Temperatur der Kühlflüssigkeit kann die Temperatur-Regelungseinheit eine verstellbare Mischvorrichtung aufweisen, die das Verhältnis der Anteile von kalter und warmer Flüssigkeit festlegt, welche zum Einlass-Anschluss geleitet werden. Insbesondere kann die Mischvorrichtung ein verstellbares Mischventil sein, welches einen Teilstrom der aus dem Auslass-Anschluss austretenden Flüssigkeit einem Kühler zuführt. Mit anderen Worten verstellt die Temperatur-Regelungseinheit die Wassermenge in einer Zweigleitung zum Kühler, um die Temperatur der Kühlflüssigkeit zu variieren. Je nach erforderlicher Kühlleistung kann der Kühler ein Luft/Wasserkühler oder ein Wasser/Wasserkühler sein. Zu Beginn des Verfahrens, wenn das kalte Sondenrohr in den Rauchgaskanal eingeschoben wird, kann das Mischventil die Strömung durch den Kühler völlig verschließen. Die Kühlflüssigkeit zirkuliert dann durch den Strömungskanal innerhalb des Sondenrohrs und erwärmt sich dabei. Wenn die Kühlflüssigkeit die angestrebte Grenztemperatur erreicht hat, wird der Anteil der durch den Kühler strömenden Kühlflüssigkeit so weit erhöht, dass die Temperatur konstant gehalten wird.For controlling the temperature of the cooling liquid, the temperature control unit may include an adjustable mixing device that determines the ratio of the portions of cold and warm liquid that are directed to the inlet port. In particular, the mixing device may be an adjustable mixing valve which supplies a partial flow of the liquid emerging from the outlet connection to a cooler. In other words, the temperature control unit adjusts the amount of water in a branch line to the radiator to vary the temperature of the cooling fluid. Depending on the required cooling capacity, the cooler can be an air / water cooler or a water / water cooler. At the beginning of the process, when the cold probe tube is inserted into the flue, the mixing valve can completely shut off the flow through the cooler. The coolant then circulates through the flow channel within the probe tube and heats up. When the cooling liquid has reached the desired limit temperature, the proportion of the cooling liquid flowing through the cooler is increased so that the temperature is kept constant.

Um zu vermeiden, dass bei kaltem Sondenrohr Feuchtigkeit aus dem Messgas auskondensiert, kann die Temperatur-Regelungseinheit den Betrieb einer Saugpumpe für das Messgas steuern und die Saugpumpe erst aktivieren, wenn der von dem Temperatursensor gemessene Messwert oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt.In order to prevent moisture from condensing out of the sample gas when the probe tube is cold, the temperature control unit can control the operation of a suction pump for the sample gas and activate the suction pump only if the measured value measured by the temperature sensor is above a predetermined limit value.

In der Praxis können in dem äußeren und/oder dem inneren Strömungskanalabschnitt Mittel zum Erzeugen einer turbulenten Strömung angeordnet sein. Eine turbulente Strömung in dem äußeren Strömungskanalabschnitt, dessen Außenwand von dem Außenmantel gebildet wird, verhindert, dass sich an der Innenseite des Außenmantels ein geschlossener Dampffilm bildet. Im Vergleich zu dem bekannten System, bei dem eine möglichst weit gekühlte Kühlflüssigkeit zugeführt wird, besteht diese Gefahr insbesondere nahe dem ersten Ende des Sondenrohrs in der über 1000 °C heißen Rauchgasströmung. Durch die turbulente Strömung der Kühlflüssigkeit im äußeren Strömungskanalabschnitt ist aber gewährleistet, dass sich ggf. ausbildende Dampfblasen in der Strömung verwirbelt werden und den wärmeabführenden Kontakt der Kühlflüssigkeit mit der Innenwand des Außenmantels nicht stören. Dagegen verhindert eine turbulente Strömung im inneren Strömungskanalabschnitt eine zu ausgeprägte Schichtung der Strömung. Der relativ kalte Innenmantel entzieht der Grenzschicht der daran vorbei strömenden Kühlflüssigkeit Wärme und kühlt diese ab. Durch eine turbulente Strömung entlang des Innenmantels werden Temperaturschichtungen und Grenzschichten verwirbelt, und die Wärmeenergie aus der Kühlflüssigkeit wird effektiv über die gesamte Länge des Sondenrohrs auf dessen Innenmantel übertragen.In practice, means for generating a turbulent flow may be arranged in the outer and / or the inner flow channel section. A turbulent flow in the outer flow channel section, whose outer wall is formed by the outer shell, prevents the formation of a closed vapor film on the inside of the outer shell. In comparison to the known system, in which a cooling liquid which has been cooled as far as possible is supplied, this danger exists in particular near the first end of the probe tube in the flue gas flow which is more than 1000 ° C. However, the turbulent flow of the cooling liquid in the outer flow channel section ensures that possibly forming vapor bubbles are swirled in the flow and do not disturb the heat-dissipating contact of the cooling liquid with the inner wall of the outer shell. By contrast, a turbulent flow in the inner flow channel section prevents excessive stratification of the flow. The relatively cold inner shell extracts heat from the boundary layer of the cooling liquid flowing past it and cools it. Turbulent flow along the inner jacket swirls temperature stratifications and boundary layers, and the heat energy from the cooling fluid is effectively transferred to the inner jacket over the entire length of the probe tube.

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren für den Betrieb einer flüssigkeitsgekühlten Messsonde mit einem Sondenrohr, welches einen Außenmantel und einen Innenmantel aufweist, wobei zwischen dem Außenmantel und dem Innenmantel ein Strömungskanal für eine Kühlflüssigkeit angeordnet ist, der vom zweiten Ende des Sondenrohrs zu dessen ersten Ende und wieder zurück verläuft, wobei zumindest ein Abschnitt des Strömungskanals an den Innenmantel grenzt, mit folgenden Schritten:

– durch ein erstes Ende des Sondenrohrs wird Messgas angesaugt, welches durch den Innenmantel in Richtung des zweiten Endes des Sondenrohrs strömt,
– durch einen Einlass-Anschluss am zweiten Ende des Sondenrohrs, wird Kühlflüssigkeit in den Strömungskanal geleitet,
– durch einen Auslass-Anschluss am zweiten Ende des Sondenrohrs, strömt die Kühlflüssigkeit nach dem Hindurchströmen durch den Strömungskanal wieder aus.

The invention also relates to a method for the operation of a liquid-cooled probe having a probe tube, which has an outer jacket and an inner jacket, wherein between the outer jacket and the inner jacket, a flow channel for a cooling liquid is arranged, which from the second end of the probe tube to the first end and back again, wherein at least a portion of the flow channel adjacent to the inner shell, with the following steps:

A measuring gas is sucked through a first end of the probe tube and flows through the inner jacket in the direction of the second end of the probe tube,
Through an inlet port at the second end of the probe tube, cooling fluid is directed into the flow channel,
- By an outlet port at the second end of the probe tube, the cooling liquid flows out after passing through the flow channel again.

Dieses Verfahren ist ebenfalls aus der Druckschrift EP 1 371 976 B1 bekannt.This method is also from the document EP 1 371 976 B1 known.

Um einen zuverlässigen Betrieb der Messsonde sicherstellen, wird vorgeschlagen, die Temperatur der Kühlflüssigkeit derart zu regeln, dass die sie im gesamten an den Innenmantel grenzenden Abschnitt des Strömungskanals oberhalb von 60 °C liegt.In order to ensure reliable operation of the measuring probe, it is proposed to regulate the temperature of the cooling liquid such that it lies above 60 ° C. in the entire section of the flow channel adjoining the inner jacket.

In der Praxis kann die Temperatur der zuströmenden Kühlflüssigkeit am Einlass-Anschluss derart geregelt werden, dass sie oberhalb von 60 °C liegtIn practice, the temperature of the inflowing coolant at the inlet port can be controlled to be above 60 ° C

Wie oben erläutert, kann zwischen dem Außenmantel und dem Innenmantel des Sondenrohrs ein Zwischenmantel angeordnet sein, der den zwischen dem Außenmantel und dem Innenmantel liegenden Strömungsraum in einen äußeren Strömungskanalabschnitt und einen inneren, an den Innenmantel grenzenden Strömungskanalabschnitt aufteilt, wobei in dem Zwischenmantel nahe dem ersten Ende des Sondenrohrs mindestens eine Durchtrittsöffnung angeordnet ist, welche den äußeren Strömungskanalabschnitt mit dem inneren Strömungskanalabschnitt verbindet, und wobei die Kühlflüssigkeit von dem Einlass-Anschluss am zweiten Ende des Sondenrohrs durch den äußeren Strömungskanalabschnitt zum ersten Ende des Sondenrohrs und von dem ersten Ende des Sondenrohrs durch den inneren Strömungskanalabschnitt zum Auslass-Anschluss am zweiten Ende des Sondenrohrs strömt.As explained above, between the outer jacket and the inner jacket of the probe tube, an intermediate jacket can be arranged, which divides the flow space located between the outer jacket and the inner jacket into an outer flow channel section and an inner flow channel section adjoining the inner jacket, wherein in the intermediate jacket close to the first At least one passage opening is arranged at the end of the probe tube, which connects the outer flow channel section with the inner flow channel section, and wherein the cooling liquid from the inlet connection at the second End of the probe tube through the outer flow channel portion to the first end of the probe tube and from the first end of the probe tube through the inner flow channel portion to the outlet port at the second end of the probe tube flows.

Bei einer derartigen Anordnung des Strömungskanals für die Kühlflüssigkeit kann die Temperatur der Kühlflüssigkeit am Auslass-Anschluss derart geregelt werden, dass sie oberhalb von 60 °C liegt. Weil die Temperatur der Kühlflüssigkeit vom ersten, freien Ende des Sondenrohrs im heißen Rauchgas zum zweiten, kalten Ende des Sondenrohrs mit dem Auslass-Anschluss abnimmt, ist gewährleistet, dass in den gesamten an den Innenmantel grenzenden inneren Strömungskanalabschnitt die gewünschte Temperatur von über 60° herrscht.With such an arrangement of the flow passage for the cooling liquid, the temperature of the cooling liquid at the outlet port can be controlled to be above 60 ° C. Because the temperature of the cooling fluid decreases from the first, free end of the probe tube in the hot flue gas to the second, cold end of the probe tube with the outlet connection, it is ensured that the desired temperature of over 60 ° prevails in the entire inner flow channel section adjoining the inner jacket ,

In der Praxis kann ein Temperatursensor eine Temperatur im Kühlflüssigkeitsstrom messen und die Entnahme von Messgas erst aktiviert werden, wenn die gemessene Temperatur oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt. Solange die Kühlflüssigkeit nicht den angestrebten Mindestwert aufweist, wird die Messgasentnahme unterbunden und so vermieden, dass sich der Messgasstrom innerhalb des Sondenrohrs so weit abkühlt, dass Feuchtigkeit auskondensiert.In practice, a temperature sensor can measure a temperature in the coolant flow and the removal of sample gas only be activated when the measured temperature is above a predetermined limit. As long as the cooling liquid does not have the desired minimum value, the sample gas removal is prevented and thus avoided that the sample gas flow within the probe tube cools so far that moisture condenses out.

Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Zunächst wird detailliert die Sonde beschrieben und anschließend das vorteilhafte Temperaturregelungssystem. Further practical embodiments and advantages of the invention are described below in conjunction with the drawings. First, the probe will be described in detail and then the advantageous temperature control system.

1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer hier beschriebenen Messsonde, nämlich einer flüssigkeitsgekühlten Gasentnahmesonde. 1 shows a three-dimensional view of a measuring probe described here, namely a liquid-cooled gas sampling probe.

2 zeigt eine geschnittene Ansicht des Sondenrohrs der Gasentnahmesonde aus 1. 2 shows a sectional view of the probe tube of the gas sampling probe 1 ,

3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Details A aus 2. 3 shows an enlarged view of the detail A from 2 ,

4 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Details B aus 2. 4 shows an enlarged view of the detail B from 2 ,

5 zeigt eine geschnittene Seitenansicht der aufeinander folgenden beweglichen Elemente innerhalb des Sondenrohrs. 5 shows a sectional side view of the successive movable elements within the probe tube.

6 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Details C aus 5. 6 shows an enlarged view of the detail C from 5 ,

7 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Details D aus 5. 7 shows an enlarged view of the detail D from 5 ,

8 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Details E aus 5. 8th shows an enlarged view of the detail E 5 ,

9 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Details F aus 5. 9 shows an enlarged view of the detail F from 5 ,

10 zeigt eine Seitenansicht der beweglichen Teile aus 5. 10 shows a side view of the moving parts 5 ,

11 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht entlang Schnittlinie XI-XI in 10. 11 shows an enlarged sectional view along section line XI-XI in 10 ,

12 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des Sondenrohrs mit daran anschließender Messkammer in teilgeschnittener Darstellung. 12 shows a three-dimensional view of the probe tube with adjoining measuring chamber in a partially sectioned view.

13 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Details G aus 12. 13 shows an enlarged view of the detail G from 12 ,

14 zeigt eine schematische Skizze des Kühlflüssigkeitskreislaufs der Gasentnahmesonde aus den 1 bis 13. 14 shows a schematic sketch of the cooling liquid circuit of the gas sampling probe from the 1 to 13 ,

In 1 ist eine dreidimensionale Draufsicht auf eine Gasentnahmesonde 1 gemäß der hier beschriebenen Entwicklung, welche durch Kühlflüssigkeit gekühlt wird. Als Kühlflüssigkeit wird in der Regel Waser verwendet. Die Gasentnahmesonde 1 besteht im Wesentlichen aus einem Sondenrohr 2 mit einem Anschlusskasten 3, der am hinteren Ende 39 des Sondenrohrs 2 befestigt ist. Der Anschlusskasten 3 ist über eine Energiezuführungskette 4 mit ortsfesten Vorrichtungen (nicht dargestellt) wie einer Pumpe und einem Wärmetauscher für das Kühlwasser, einem Analyseschrank, einer Zufuhr für Spülgas, einer Stromversorgung usw. verbunden. Die Energiezuführungskette 4 besteht aus mehreren Gliedern und nimmt sämtliche Kabel und Schläuche auf, über die der Anschlusskasten 3 an stationäre Einrichtungen angeschlossen ist. Der Anschlusskasten 3 umfasst hauptsächlich Ventile für pneumatische und hydraulische Leitungen, da die Antriebe der Gasentnahmesonde vorzugsweise pneumatisch betätigt werden. Die Glieder der Energiezuführungskette 4 ermöglichen eine beschädigungsfreie Bewegung der Kabel und Schläuche während des Verschiebens des Sondenrohrs 2. Das Sondenrohr 2 hat im vorliegenden Fall eine Länge von 4 m und einen Durchmesser von 120 mm. Das Sondenrohr 2 ist an einer Tragschiene 5 in axialer Richtung verschiebbar befestigt. Die Tragschiene 5 besteht aus zwei I-förmigen Stahlträgern, die an ihren Enden durch geeignete Verbindungselemente miteinander verbunden sind. Die Tragschiene 5 kann Zahnstangen aufweisen, welche mit Zahnrädern eines Antriebsmotors 10 für die Gasentnahmesonde zusammenwirkt. An der Tragschiene 5 können ferner Bewegungsanschläge und Bewegungsmelder für die Steuerung der Bewegung der Gasentnahmesonde 1 vorgesehen sein. Am vorderen Ende der Tragschiene 5 ist ein Verschlusskasten 6 angeordnet. Dieser wird an einer Wandung des rauchgasführenden Raumes, beispielsweise eines Feuerraumes eines Zementdrehrohrofens angeflanscht. Der Verschlusskasten 6 sorgt dafür, dass sowohl bei eingeschobenem Sondenrohr 2 als auch bei ausgezogenem Sondenrohr 2, wie in 1 dargestellt, die Öffnung zum Feuerraum bestmöglich verschlossen ist.In 1 is a three-dimensional plan view of a gas sampling probe 1 according to the development described here, which is cooled by cooling liquid. Waser is usually used as the cooling liquid. The gas sampling probe 1 consists essentially of a probe tube 2 with a junction box 3 , the rear end 39 of the probe tube 2 is attached. The connection box 3 is about an energy supply chain 4 connected to fixed devices (not shown) such as a pump and a heat exchanger for the cooling water, an analysis cabinet, a purge gas supply, a power supply, and so on. The energy supply chain 4 consists of several links and accommodates all cables and hoses over which the terminal box 3 connected to stationary facilities. The connection box 3 mainly includes valves for pneumatic and hydraulic lines, as the drives of the gas sampling probe are preferably pneumatically operated. The links of the energy supply chain 4 allow a damage-free movement of the cables and hoses during the displacement of the probe tube 2 , The probe tube 2 has in the present case a length of 4 m and a diameter of 120 mm. The probe tube 2 is on a mounting rail 5 Slidably mounted in the axial direction. The mounting rail 5 consists of two I-shaped steel beams, which are connected at their ends by suitable fasteners. The mounting rail 5 may have racks, which with gears of a drive motor 10 cooperates for the gas sampling probe. On the mounting rail 5 can also movement stops and motion detectors for controlling the movement of the gas sampling probe 1 be provided. At the front end of the mounting rail 5 is a lock box 6 arranged. This is flanged to a wall of the flue gas-carrying space, such as a combustion chamber of a cement rotary kiln. The lock box 6 ensures that both with inserted probe tube 2 as well as with extended probe tube 2 , as in 1 shown, the opening is best closed to the firebox.

Im vorderen Bereich der Tragschiene 5 ist eine Tragrolle 7 befestigt, welche das Sondenrohr 2 abstützt. Der hintere Bereich des Sondenrohrs 2 ist über Stehlager 8, 9 mit einem Verfahrschlitten verbunden, der auf den zwei Trägern der Tragschiene 5 verfährt. Die Stehlager 8, 9 sind Teil der verfahrbaren Einheit. Mit dem Anschlusskasten 3 ist der Antriebsmotor 10 verbunden. Der Antriebsmotor ist ein Pneumatikmotor und verschiebt die Einheit bestehend aus dem Verfahrschlitten mit Sondenrohr 2 mit Anschlusskasten 3 und Antriebsmotor 10 in axialer Richtung entlang der Tragschiene 5. Auf dem Verfahrschlitten ist ein Gasbehälter 11 befestigt. Dieser dient der Aufnahme von Spülgas, welches während des weiter unten beschriebenen Reinigungsvorgangs der Gasentnahmesonde 1 verwendet wird.In the front area of the mounting rail 5 is a carrier role 7 attached, which is the probe tube 2 supported. The rear area of the probe tube 2 is about pillow block 8th . 9 connected to a carriage, which on the two carriers of the mounting rail 5 moves. The pillow block 8th . 9 are part of the movable unit. With the connection box 3 is the drive motor 10 connected. The drive motor is a pneumatic motor and shifts the unit consisting of the carriage with probe tube 2 with junction box 3 and drive motor 10 in the axial direction along the mounting rail 5 , On the carriage is a gas container 11 attached. This serves to receive purge gas, which during the cleaning process described below, the gas sampling probe 1 is used.

Zum Messbetrieb wird das Sondenrohr 2 durch den Antriebsmotor 10 in axialer Richtung in Richtung seines freien Endes 12 verschoben. Dabei tritt das freie Ende 12 des Sondenrohrs 2 durch den Verschlusskasten 6 in den Feuerraum ein und wird um mehr als einen Meter in die Rauchgasströmung hineinbewegt. The measuring tube becomes the probe tube 2 through the drive motor 10 in the axial direction towards its free end 12 postponed. In doing so, the free end occurs 12 of the probe tube 2 through the lock box 6 into the combustion chamber and is moved by more than one meter in the flue gas flow.

Das Rauchgas in dem Feuerraum hat beispielsweise im Fall eines Zementdrehrohrofens eine Temperatur von bis zu 1.400°C. Aus diesem Grund ist das Sondenrohr 2 gekühlt, im vorliegenden Fall wassergekühlt. The flue gas in the furnace has, for example, in the case of a cement rotary kiln, a temperature of up to 1400 ° C. That's why the probe tube is 2 cooled, in this case water-cooled.

Die 2 bis 11 erläutern den Aufbau des Sondenrohrs 2 und der darin beweglichen Elemente, welche wie in 5 erkennbar eine bewegliche Einheit bilden, die auch Plunger genannt wird. Wie in den 2 bis 4 zu erkennen ist, besteht das Sondenrohr 2 aus einem Außenmantel 13, einem Zwischenmantel 36 und einem Innenmantel 14. Der Innenmantel 14 setzt sich zusammen aus einem inneren Mantelrohr 14' und einem hülsenförmigen Abschnitt 14" eines Endstücks 37, das den Außenmantel 13 mit dem Innenmantel 14 im Bereich des ersten, freien Endes 12 des Sondenrohrs 2 dicht verbindet. Zwischen Außenmantel 13 und Innenmantel 14 wird ein Strömungsraum gebildet für die Kühlflüssigkeit gebildet. Der Strömungsraum ist durch den Zwischenmantel 36 in zwei längliche Strömungskanalabschnitte 15, 38 mit ringförmigem Querschnitt unterteilt. Im äußeren Strömungskanalabschnitt 15 wird relativ kaltes Wasser von dem kalten zweiten Ende 39 des Sondenrohrs 2 zu dem freien, ersten Ende 12 des Sondenrohrs 2 in der heißen Gasströmung geleitet. Im inneren Strömungskanalabschnitt 38 strömt das Wasser zurück zum kalten Ende des Sondenrohrs 2. Der Zwischenmantel 36 endet einige Zentimeter vor dem ersten Ende 12 des Sondenrohrs 2, so dass eine Durchtrittsöffnung entsteht, durch die Kühlflüssigkeit von dem äußeren Strömungskanalabschnitt 15 in den inneren Strömungskanalabschnitt 38 strömen kann. Radial stützt sich der Zwischenmantel 36 über einen sternförmigen Stützring 40 auf dem Innenmantel 14 ab. An dem zweiten Ende 39 sind die Strömungskanalabschnitte 15 und 38 im Wesentlichen dicht verschlossen, wie in 14 zu erkennen ist. Ein Einlass-Anschluss 41 mündet in den äußeren Strömungskanalabschnitt 15 und ein Auslass-Anschluss 42 mündet in den inneren Strömungskanalabschnitt 38.The 2 to 11 explain the structure of the probe tube 2 and the elements movable therein, which as in 5 Recognizable form a movable unit, which is also called Plunger. As in the 2 to 4 can be seen, there is the probe tube 2 from an outer jacket 13 , an intermediate coat 36 and an inner jacket 14 , The inner jacket 14 is composed of an inner jacket tube 14 ' and a sleeve-shaped portion 14 " of an end piece 37 that the outer coat 13 with the inner jacket 14 in the area of the first, free end 12 of the probe tube 2 tightly connects. Between outer jacket 13 and inner jacket 14 a flow space is formed formed for the cooling liquid. The flow space is through the intermediate jacket 36 in two elongated flow channel sections 15 . 38 divided with annular cross-section. In the outer flow channel section 15 will be relatively cold water from the cold second end 39 of the probe tube 2 to the free, first end 12 of the probe tube 2 passed in the hot gas flow. In the inner flow channel section 38 the water flows back to the cold end of the probe tube 2 , The intermediate coat 36 ends a few inches before the first end 12 of the probe tube 2 , so that a passage opening is formed by the cooling liquid from the outer flow channel section 15 into the inner flow channel section 38 can flow. Radially supports the intermediate coat 36 via a star-shaped support ring 40 on the inner jacket 14 from. At the second end 39 are the flow channel sections 15 and 38 essentially sealed, as in 14 can be seen. An inlet port 41 opens into the outer flow channel section 15 and an outlet port 42 opens into the inner flow channel section 38 ,

In den Strömungskanalabschnitten 15, 38 können weitere Führungseinrichtungen, insbesondere Führungsbleche (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welche die Wasserströmung innerhalb der Strömungskanalabschnitte beeinflussen. Insbesondere kann die Innenseite des Außenmantels 13 und/oder die Außenseite des Zwischenmantels 36 Vorsprünge aufweisen, welche ein Hindernis für die ungestörte laminare Strömung bilden und so die Strömung im äußeren Strömungskanalabschnitt 15 turbulent gestalten. Die turbulente Strömung im äußeren Strömungskanalabschnitt 15 verhindert eine Dampffilmbildung an der Innenseite des Außenmantels 13. Dies ist insbesondere im vorderen Abschnitt des Sondenrohrs 2 relevant, der in die Rauchgasströmung hineinragt. Durch die turbulente Strömung wird erreicht, dass Dampfblasen an der Innenseite des Außenmantels 13 zusammenbrechen und verwirbelt werden, so dass sie nicht die Wärmeübertragung auf die Kühlflüssigkeit stören. Die Begrenzungen des inneren Strömungskanalabschnitts 38 können ähnlich ausgebildet sein, so dass Turbulenzen in der Strömung die Ausbildung einer kühlen Grenzschicht an der Oberfläche des Innenmantels 14 vermeiden. Auf diese Weise erwärmt die über 60 °C heiße Kühlflüssigkeit im inneren Strömungskanalabschnitt 37 den Raum innerhalb des Innenmantels 14 auf über 60 °C über dessen gesamte Länge und verhindert ein Auskondensieren von Wasser aus dem Messgasstrom.In the flow channel sections 15 . 38 can further guide means, in particular guide plates (not shown) may be provided, which influence the flow of water within the flow channel sections. In particular, the inside of the outer shell 13 and / or the outside of the intermediate sheath 36 Have projections which form an obstacle to the undisturbed laminar flow and so the flow in the outer flow channel section 15 make it turbulent. The turbulent flow in the outer flow channel section 15 prevents vapor film formation on the inside of the outer shell 13 , This is especially in the front section of the probe tube 2 relevant, which projects into the flue gas flow. Due to the turbulent flow is achieved that vapor bubbles on the inside of the outer shell 13 collapse and be swirled so they do not interfere with the heat transfer to the coolant. The boundaries of the inner flow channel section 38 may be similarly configured so that turbulence in the flow forms a cool boundary layer on the surface of the inner shell 14 avoid. In this way, the over 60 ° C hot coolant heated in the inner flow channel section 37 the space inside the inner mantle 14 over 60 ° C over its entire length and prevents condensation of water from the sample gas stream.

Wassereintritt und Wasseraustritt sind in bekannter Weise beide am kalten Ende 39 des Sondenrohrs 2 nahe dem Anschlusskasten 3 (s. 1) angeordnet und in Verbindung mit 14 näher beschrieben. Die zirkulierende Wasserströmung innerhalb des Strömungsraums 15 sorgt für eine effektive Kühlung des Sondenrohrs 2 und der darin befindlichen Elemente. Die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit im äußeren Strömungskanalabschnitt und im inneren Strömungskanalabschnitt ist in den 3, 4 und 14 durch Pfeile eingezeichnet.Water inlet and water outlet are both in the known manner at the cold end 39 of the probe tube 2 near the junction box 3 (S. 1 ) and in conjunction with 14 described in more detail. The circulating water flow within the flow space 15 ensures effective cooling of the probe tube 2 and the elements in it. The flow direction of the cooling liquid in the outer flow channel section and in the inner flow channel section is in the 3 . 4 and 14 indicated by arrows.

Die in axialer Richtung aufeinander folgenden Elemente innerhalb des Innenmantels 14 des Sondenrohrs 2 sind insbesondere in den 2 bis 13 zu erkennen. Sie umfassen

– eine Ausstoßplatte 16, welche am nächsten zum freien Ende 12 des Sondenrohrs 2 positioniert ist;
– ein Führungselement 17, an dem die Ausstoßplatte 16 befestigt ist;
– ein rohrförmiges Verbindungselement oder Verbindungsrohr 18;
– einen ersten rohrförmigen Filter 19 aus Sintermetall;
– einen zweiten rohrförmigen Filter 20 aus Sintermetall, der mit dem ersten Filter 19 über eine Verbindungsmuffe 21 verbunden ist;
– ein Verlängerungselement 22, welches über einen Dichtring 23 an seinem von der Ausstoßplatte 16 entfernten Ende gegenüber einer Messkammer 33; und
– ein Anschlussstück 24, über welches die beweglichen Elemente mit der Messkammer 33 verbunden werden.

The axially successive elements within the inner shell 14 of probe shaft 2 especially in the 2 to 13 to recognize. They include

- An ejection plate 16 which closest to the free end 12 of the probe tube 2 is positioned;
- a guide element 17 on which the ejection plate 16 is attached;
- A tubular connecting element or connecting pipe 18 ;
A first tubular filter 19 made of sintered metal;
- A second tubular filter 20 made of sintered metal, with the first filter 19 via a connecting sleeve 21 connected is;
- An extension element 22 , which has a sealing ring 23 at his from the ejection plate 16 distant end opposite a measuring chamber 33 ; and
- a connection piece 24 , via which the moving elements with the measuring chamber 33 get connected.

Die Messkammer 33 befindet sich hinter dem kalten Ende 39 des Sondenrohrs 2 hinter einer Verkleidung 25 (siehe 1 und 13). In der Messkammer 33 sind aus dem Stand der Technik bekannte Sensoren angeordnet, insbesondere ein Sauerstoffsensor sowie ein Sensor zum Messen des Kohlenmonoxidgehalts (CO).The measuring chamber 33 is located behind the cold end 39 of the probe tube 2 behind a panel 25 (please refer 1 and 13 ). In the measuring chamber 33 are arranged known from the prior art sensors, in particular an oxygen sensor and a sensor for measuring the carbon monoxide (CO).

Im Gegensatz zum Stand der Technik ist die Messkammer bei der vorliegenden Gasentnahmesonde nahe dem kalten Ende 39 des Sondenrohrs 2 angeordnet, welches dem freien Ende 12 gegenüberliegt. Die Sensoren befinden sich somit nicht innerhalb der Rauchgasströmung sondern in einem relativ kühlen Bereich. Hierdurch werden die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Sensoren erheblich erhöht, wobei ihre Nähe zum Ort der Gasentnahme, d.h. zum freien Ende 12 des Sondenrohrs 2 im Rauchgas nach wie vor gewährleistet ist. In contrast to the prior art, the measuring chamber in the present gas sampling probe is near the cold end 39 of the probe tube 2 arranged, which is the free end 12 opposite. The sensors are thus not within the flue gas flow but in a relatively cool area. As a result, the reliability and the life of the sensors are significantly increased, with their proximity to the location of the gas extraction, ie the free end 12 of the probe tube 2 in the flue gas is still guaranteed.

Das Detail A in 3 zeigt, wie die Ausstoßplatte 16 an dem Führungselement 17 und dieses an dem Verbindungsrohr 18 befestigt ist. Das Verbindungsrohr 18 ist an das von dem freien Ende 12 des Sondenrohrs 2 abgewandte Ende 39 des Führungselements 17 geschweißt. Auf der gegenüberliegenden Seite ist die Ausstoßplatte 16 mit einer Schraubverbindung an dem Führungselement 17 befestigt. Die Ausstoßplatte 16 steht in direktem Kontakt mit dem Rauchgas und wird in regelmäßigen Zeitabständen in der in 3 durch den Pfeil dargestellten Bewegungsrichtung aus dem Sondenrohr 2 heraus geschoben, bis sie um mehrere Millimeter aus dem Sondenrohr 2 heraus ragt. Die Ausstoßplatte 16 ist daher für Verschleiß anfällig und mittels der Verschraubung ohne großen Aufwand von dem Führungselement 17 lösbar. Das Führungselement 17 weist drei Zentrierkörper 26 auf (siehe 10 und 11). Die Zentrierkörper 26 bestehen aus zylindrischen Messingstiften. Sie sind in radiale Bohrungen im Führungselement 17 eingesteckt, deren Bohrungsachse jeweils um 120° zur nächsten Bohrung versetzt ist. Die Oberflächen der Zentrierkörper 26 aus Messing liegen gegen den Innenmantel 14 des Sondenrohrs 2 aus Stahl an (siehe 3). Beim Zusammenbau der Sonde wird das Führungselement 17 mit der Ausstoßplatte 16 innerhalb des Innenmantels 14 durch die gesamte Länge des inneren Mantelrohrs 14' bis in den hülsenförmigen Abschnitt 14" des Endstücks 37 geschoben. Während des Betriebs wird das Führungselement 17 mit der Ausstoßplatte 16 innerhalb des hülsenförmigen Abschnitt 14" des Endstücks 37 und daraus heraus bewegt. Die Zentrierkörper 26 gewährleisten, dass zwischen dem Umfang der Ausstoßplatte 16 und dem Innenmantel 14 ein schmaler ringförmiger Spalt eingehalten wird. Der ringförmige Spalt ist relativ zum Durchmesser der Ausstoßplatte 16 und des Sondenrohrs 2 so klein, dass er in 3 kaum zu erkennen ist. Die Spaltbreite kann z.B. in der Größenordnung von 0,5 mm liegen. Da das Material der Zentrierkörper 26 (Messing) weicher als das Material des Innenmantels 14 (Stahl) ist, wird der Innenmantel 14 bei der Relativbewegung des Führungselements 17 zum Sondenrohr 2 nicht verschlissen. Die Zentrierkörper 26 können dagegen relativ einfach ausgetauscht werden.The detail A in 3 shows how the ejection plate 16 on the guide element 17 and this on the connecting pipe 18 is attached. The connecting pipe 18 is that of the free end 12 of the probe tube 2 opposite end 39 of the guide element 17 welded. On the opposite side is the ejection plate 16 with a screw connection to the guide element 17 attached. The ejection plate 16 is in direct contact with the flue gas and is periodically in the in 3 by the arrow shown direction of movement from the probe tube 2 pushed out until several millimeters from the probe tube 2 sticking out. The ejection plate 16 is therefore prone to wear and by means of the screw without much effort from the guide element 17 solvable. The guide element 17 has three centering bodies 26 on (see 10 and 11 ). The centering bodies 26 consist of cylindrical brass pins. They are in radial holes in the guide element 17 inserted, the bore axis is offset in each case by 120 ° to the next hole. The surfaces of the centering body 26 made of brass lie against the inner shell 14 of the probe tube 2 made of steel (see 3 ). When assembling the probe becomes the guide element 17 with the ejection plate 16 inside the inner jacket 14 through the entire length of the inner jacket tube 14 ' into the sleeve-shaped section 14 " of the tail 37 pushed. During operation, the guide element becomes 17 with the ejection plate 16 within the sleeve-shaped section 14 " of the tail 37 and moved out of it. The centering bodies 26 Ensure that between the perimeter of the ejection plate 16 and the inner jacket 14 a narrow annular gap is maintained. The annular gap is relative to the diameter of the ejection plate 16 and the probe tube 2 so small that he is in 3 is hardly recognizable. The gap width may be, for example, in the order of 0.5 mm. Because the material of the centering body 26 (Brass) softer than the material of the inner shell 14 (Steel) is, the inner jacket 14 in the relative movement of the guide element 17 to the probe tube 2 not worn. The centering bodies 26 On the other hand, they can be exchanged relatively easily.

Es ist beispielsweise in 3 oder 5 zu erkennen, dass die in dem Innenmantel 14 befindliche bewegliche Anordnung kurz hinter der Ausstoßplatte 16 einen reduzierten Durchmesser aufweist. Bereits das Führungselement 17 hat einen geringeren Durchmesser als die Ausstoßplatte 16. Das sich an das Führungselement 17 anschließende Verbindungselement (Verbindungsrohr 18) hat einen um mehrere Millimeter kleineren Durchmesser als die Ausstoßplatte 16. Der Durchmesser der Ausstoßplatte liegt in der Größenordnung von über 40 mm. Der Durchmesser des Verbindungsrohrs 18 liegt bei weniger als 30 mm.It is for example in 3 or 5 to realize that in the inner shell 14 located movable assembly just behind the ejection plate 16 has a reduced diameter. Already the guide element 17 has a smaller diameter than the ejection plate 16 , That adheres to the guide element 17 connecting element (connecting pipe 18 ) has a diameter smaller by several millimeters than the ejection plate 16 , The diameter of the ejection plate is on the order of more than 40 mm. The diameter of the connecting pipe 18 is less than 30 mm.

Das Verbindungsrohr 18 weist an seinem von der Ausstoßplatte 16 abgewandten Ende einen Verschlusskörper 27 und eine Schraubmuffe 28 auf. Die Schraubmuffe 28 kann mit einer komplementären Schraubmuffe 29 verbunden werden, welche an den ersten rohrförmigen Filter 19 aus Sintermetall angeschweißt ist. Der erste rohrförmige Filter 19 hat eine Länge von etwa 0,5 m. Es schließt sich ein zweiter rohrförmiger Filter 20 an, der eine Länge von 1 m hat. Die Gesamtlänge der rohrförmigen Filter 19, 20 ermöglicht den Durchtritt eines hinreichend großen Volumenstroms an Messgas während der Messung. The connecting pipe 18 indicates at its from the ejection plate 16 opposite end of a closure body 27 and a screw sleeve 28 on. The screw sleeve 28 can with a complementary threaded sleeve 29 which are connected to the first tubular filter 19 made of sintered metal is welded. The first tubular filter 19 has a length of about 0.5 m. It closes a second tubular filter 20 which has a length of 1 m. The total length of the tubular filter 19 . 20 allows the passage of a sufficiently large volume flow of sample gas during the measurement.

Die beiden rohrförmigen Filter 19, 20 sind durch eine Verbindungsmuffe 21 miteinander verbunden, welche insbesondere in 7 dargestellt ist. Über eine entsprechende Verbindungsmuffe 21 ist der Filter 20 mit einem rohrförmigen Verlängerungselement 22 aus Edelstahl verbunden. Das Ende des rohrförmigen Verlängerungselements 22 ist mit einem Bauelement verbunden, in dem sich die Messkammer befindet, und über einen Dichtring 23 abgedichtet. The two tubular filters 19 . 20 are through a connecting sleeve 21 interconnected, which in particular in 7 is shown. Via a corresponding connection sleeve 21 is the filter 20 with a tubular extension element 22 made of stainless steel. The end of the tubular extension element 22 is connected to a component in which the measuring chamber is located, and via a sealing ring 23 sealed.

Innerhalb der Filter 19, 20 und innerhalb des rohrförmigen Verlängerungselements 22 erstreckt sich ein Druckrohr 30. Das Druckrohr 30 ist an seinem vorderen Ende mit dem Verschlusskörper 27 dicht verschlossen und in axialer Richtung mit dem rohrförmigen Verbindungselement 18 gekoppelt (siehe 6). Am gegenüberliegenden Ende weist das Druckrohr 30 das Anschlussstück 24 auf, welches mit der Messkammer 33 verbindbar ist. Das Druckrohr 30 weist insbesondere im Bereich des rohrförmigen Filters 19, 20 Durchlassöffnungen 31 auf, welche das Hindurchströmen von Gas durch die Wandung des Druckrohrs 30 ermöglichen. Auf diese Weise kann Messgas nicht nur durch den ringförmigen Raum zwischen dem Druckrohr 30 und dem Verlängerungselement 22 bzw. den Filtern 19, 20 hindurchströmen sondern insbesondere durch den Innenraum des Druckrohrs 30. Inside the filters 19 . 20 and within the tubular extension member 22 extends a pressure tube 30 , The pressure tube 30 is at its front end with the closure body 27 sealed and in the axial direction with the tubular connecting element 18 coupled (see 6 ). At the opposite end has the pressure tube 30 the connector 24 on which with the measuring chamber 33 is connectable. The pressure tube 30 points in particular in the region of the tubular filter 19 . 20 Passage openings 31 on which the passage of gas through the wall of the pressure tube 30 enable. In this way, measuring gas can not only through the annular space between the pressure tube 30 and the extension element 22 or the filters 19 . 20 flow through but in particular through the interior of the pressure tube 30 ,

Während des Messbetriebes befindet sich die Ausstoßplatte mit den sich daran anschließenden axial verschiebbaren Elementen vollständig innerhalb des Sondenrohrs 2 gemäß der in 2, 3 und 4 gezeigten Darstellung. Insbesondere in 3 ist zu erkennen, dass zwischen der Ausstoßplatte 16 und dem vorderen Ende des Innenmantels 14 ein sehr schmaler Spalt verbleibt. Der Spalt wird präzise aufgrund der Führung des der Ausstoßplatte 16 mittels der Zentrierkörper 26 in dem Innenmantel 14 des Sondenrohrs 2 eingestellt. Der Bereich der Ausstoßplatte 16 mit dem größten Durchmesser erstreckt sich nur über wenige Millimeter. Danach reduziert sich der Durchmesser der Ausstoßplatte 16 und des anschließenden Führungselements 17. Das Führungselement 17 selbst ist an dem rohrförmigen Verbindungselement 18, auch Verbindungsrohr genannt, befestigt, dessen Durchmesser mehrere Millimeter kleiner als der Durchmesser des Innenmantels 14 ist. During the measurement operation, the ejection plate is located with the adjoining axially displaceable elements completely within the probe tube 2 according to the in 2 . 3 and 4 shown illustration. In particular in 3 it can be seen that between the ejection plate 16 and the front end of the inner jacket 14 a very narrow gap remains. The gap becomes precise due to the guidance of the ejection plate 16 by means of the centering body 26 in the inner jacket 14 of the probe tube 2 set. The area of the ejection plate 16 with the largest diameter only extends over a few millimeters. Thereafter, the diameter of the ejection plate is reduced 16 and the subsequent guide element 17 , The guide element 17 itself is on the tubular connecting element 18 , also called connecting tube, attached, whose diameter is several millimeters smaller than the diameter of the inner shell 14 is.

In der Messkammer 33 herrscht im Messbetrieb ein Unterdruck, hervorgerufen durch eine saugende extern anzuschließende Pumpe, so dass aus der Rauchgasströmung durch die Öffnung in dem freien Ende 12 des Sondenrohrs 2 eine bestimmte Menge an Messgas entnommen wird. Zunächst strömt das Messgas durch den ringförmigen schmalen Spalt zwischen Ausstoßplatte 16 und Innenmantel 14. Dann erweitert sich der Spalt und geht in den Ringraum 32 über, der sich zwischen dem Verbindungsrohr 18 und dem Innenmantel 14 befindet. In diesem Ringraum 32 ist die Strömungsgeschwindigkeit sehr viel kleiner als in dem Spalt zwischen Ausstoßplatte 16 und dem Innenmantel 14. Partikel, die durch den genannten Spalt hindurchgetreten sind, setzen sich aufgrund der langsamen Strömungsgeschwindigkeit in dem Ringraum 32 ab. Der Ringraum 32 erstreckt sich über eine längere Strecke, z.B. 0,6 bis 1 m. Die meisten Partikel werden aus dem Messgas beim Durchströmen des Ringraums 32 aufgrund der Schwerkraft absinken und sich nicht bis zur Oberfläche der Filter 19 oder 20 bewegen. Durch spiralförmige Nuten in der Außenfläche der Ausstoßplatte 16 oder an der Innenwand des Innenmantels 14 kann der Messgasströmung auch eine Drehbewegung aufgeprägt werden, welche einen Vortex-Effekt erzeugt und durch Zentrifugalkraft zusätzlich Partikel aus der Messgasströmung ausscheidet.In the measuring chamber 33 In measuring operation, there is a negative pressure, caused by a sucking externally connected pump, so that from the flue gas flow through the opening in the free end 12 of the probe tube 2 a certain amount of sample gas is removed. First, the measurement gas flows through the annular narrow gap between the ejection plate 16 and inner jacket 14 , Then the gap widens and goes into the annulus 32 over, extending between the connecting pipe 18 and the inner jacket 14 located. In this annulus 32 the flow velocity is much smaller than in the gap between the ejection plate 16 and the inner jacket 14 , Particles which have passed through said gap settle in the annulus due to the slow flow rate 32 from. The annulus 32 extends over a longer distance, eg 0.6 to 1 m. Most of the particles are removed from the sample gas as it flows through the annulus 32 due to gravity drop and do not reach the surface of the filter 19 or 20 move. By spiral grooves in the outer surface of the ejection plate 16 or on the inner wall of the inner shell 14 the measuring gas flow can also be imparted with a rotary motion which generates a vortex effect and additionally separates particles from the sample gas flow by centrifugal force.

An der Oberfläche der rohrförmigen Filter 19 und 20 weist das Messgas kaum noch Partikel auf. Das Messgas strömt durch die rohrförmigen Filter 19, 20 von deren Außenseite zu deren Innenseite. Hier kann das Messgas entweder außerhalb des Druckrohrs 30 oder durch die Durchlassöffnungen 31 in dem Druckrohr 30 hindurch und innerhalb des Druckrohrs 30 in axialer Richtung weiter zur Messkammer strömen. An den zweiten Filter 20 aus Sintermaterial schließt sich ein Verbindungselement 22 aus Edelstahlrohr an, dessen Ende mittels des Dichtrings 23 abgedichtet ist und zur Messkammer führt. Auch das Ende des Druckrohrs 30 ist über das Anschlussstück 24 mit der Messkammer 33 verbunden (s. 13). Das entnommene Messgas strömt folglich zum einen zwischen dem Druckrohr 30 und dem rohrförmigen Verlängerungselement 22 und zum anderen innerhalb des Druckrohrs 30 zur Messkammer 33. In der Messkammer befindet sich die eigentliche Messsonde 34 für die Gasanalyse mit den hierfür erforderlichen Sensoren.On the surface of the tubular filter 19 and 20 the sample gas hardly has any particles left. The sample gas flows through the tubular filter 19 . 20 from the outside to the inside. Here, the sample gas can be either outside the pressure tube 30 or through the passage openings 31 in the pressure tube 30 through and inside the pressure tube 30 in the axial direction continue to flow to the measuring chamber. To the second filter 20 made of sintered material closes a connecting element 22 made of stainless steel tube, whose end by means of the sealing ring 23 is sealed and leads to the measuring chamber. Also the end of the pressure tube 30 is about the connector 24 with the measuring chamber 33 connected (s. 13 ). The withdrawn sample gas thus flows on the one hand between the pressure tube 30 and the tubular extension member 22 and on the other hand inside the pressure tube 30 to the measuring chamber 33 , The actual measuring probe is located in the measuring chamber 34 for gas analysis with the necessary sensors.

Zum Reinigen der hier beschriebenen Vorrichtung wird mittels eines Antriebs das Druckrohr 30, die Filter 19, 20 und das Verbindungsrohr 18 nach vorne zum freien Ende 12 des Sondenrohrs hin gedrückt. Dadurch bewegt sich das Führungselement 17 mit der Ausstoßplatte 16 in der in 3 durch den Pfeil dargestellten Richtung aus dem freien Ende 12 des Sondenrohrs 2 heraus. Gleichzeitig wird dem Innenmantel 14 aus dem Gasbehälter 11 Spülgas mit einem hohen Druck zugeführt. Das Spülgas strömt zunächst mit einem Druckstoß und dann kontinuierlich durch den Innenmantel 14 entlang den Oberflächen der Filter 19, 20. Dabei reißt das Spülgas eventuelle Verschmutzungen, die sich an den Filtern 19, 20 abgelagert haben, mit. Weiter strömt das Spülgas parallel zu dem Verbindungsrohr 18 in Richtung des freien Endes 12 des Sondenrohrs 2 und hier aus dem Sondenrohr 2 heraus. Sämtliche Verunreinigungen und Partikel innerhalb des Sondenrohrs 2 werden dadurch aus dem Sondenrohr 2 ausgeblasen. Noch während der Strömung des Spülgases werden die beweglichen Elemente innerhalb des Sondenrohrs 2 wieder zurückgezogen, so dass sich die Ausstoßplatte 16 in das Sondenrohr 2 in die in 3 erkennbare Stellung zurückbewegt. Anschließend wird die Spülgaszufuhr zum Sondenrohr unterbrochen und die Messkammer wird mit einem Unterdruck in Bezug auf das Rauchgas beaufschlagt, so dass wiederum Rauchgas durch das Sondenrohr 2 und die darin angeordneten Filter 19, 20 zur Messkammer 33 am kalten Ende 39 des Sondenrohrs 2 strömt. To clean the device described here, the pressure tube is by means of a drive 30 , the filters 19 . 20 and the connecting pipe 18 forward to the free end 12 of the probe tube. As a result, the guide element moves 17 with the ejection plate 16 in the in 3 indicated by the arrow direction from the free end 12 of the probe tube 2 out. At the same time, the inner shell 14 from the gas container 11 Purging gas supplied at a high pressure. The purge gas flows first with a pressure surge and then continuously through the inner shell 14 along the surfaces of the filters 19 . 20 , The purge gas ruptures any dirt on the filters 19 . 20 have deposited with. Further, the purge gas flows in parallel to the connection pipe 18 towards the free end 12 of the probe tube 2 and here from the probe tube 2 out. All contaminants and particles within the probe tube 2 become out of the probe tube 2 blown out. Even during the flow of the purge gas, the movable elements within the probe tube 2 pulled back, so that the ejection plate 16 into the probe tube 2 in the in 3 recognizable position moved back. Subsequently, the purge gas is interrupted to the probe tube and the measuring chamber is subjected to a negative pressure with respect to the flue gas, so that in turn flue gas through the probe tube 2 and the filters arranged therein 19 . 20 to the measuring chamber 33 at the cold end 39 of the probe tube 2 flows.

Die 14 zeigt die Temperatur-Regelungseinheit 43 für die Kühlflüssigkeit des Sondenrohrs 2. Wie oben erläutert, ist das erste, freie Ende 12 des Sondenrohrs 2 dazu vorgesehen, in einen heißen Gasstrom eingebracht zu werden, beispielsweise in einen Zementdrehrohrofen. Am gegenüberliegenden, kalten Ende 39 des Sondenrohrs 2 ist ein Einlass-Anschluss 41 und ein Auslass-Anschluss 42 für Kühlflüssigkeit angeordnet. An den Einlass-Ausschluss 41 ist eine Zuleitung 49 angeschlossen, welche dem Sondenrohr 2 Kühlflüssigkeit zuführt. Der Einlass-Anschluss 41 mündet in den außenliegenden Abschnitt 15 des Strömungskanals, der sich zwischen dem Außenmantel 13 und dem Zwischenmantel 36 des Sondenrohrs 2 erstreckt. Die einströmende Kühlflüssigkeit strömt durch den äußeren Strömungskanalabschnitt 15 zum freien Ende 12 des Sondenrohrs 2, das sich im Betrieb über eine Länge von mehreren Metern innerhalb der heißen Gasströmung erstreckt. The 14 shows the temperature control unit 43 for the cooling liquid of the probe tube 2 , As explained above, the first, free end 12 of the probe tube 2 intended to be placed in a hot gas stream, for example in a cement rotary kiln. At the opposite, cold end 39 of the probe tube 2 is an inlet port 41 and an outlet port 42 arranged for cooling liquid. To the admission exclusion 41 is a supply line 49 connected to the probe tube 2 Adding coolant. The inlet connection 41 flows into the outer section 15 of the flow channel extending between the outer shell 13 and the intermediate coat 36 of the probe tube 2 extends. The inflowing cooling liquid flows through the outer flow channel section 15 to the free end 12 of the probe tube 2 , which extends in operation over a length of several meters within the hot gas flow.

Gemäß dem hier beschriebenen System und Verfahren strömt die Kühlflüssigkeit mit recht hoher Temperatur zum Einlass-Anschluss 41. Um zu vermeiden, dass die Kühlflüssigkeit innerhalb des Sondenrohrs 2 verdampft, kann wird die Strömung im äußeren Strömungskanalabschnitt 15 turbulent gehalten. Hierzu können Hindernisse im äußeren Strömungskanalabschnitt 15 angeordnet werden oder eine hohe Strömungsgeschwindigkeit realisiert werden. Die Turbulenzen in der Strömung lösen Gasblasenbildungen auf. Am freien Ende 12 des Sondenrohrs 2 tritt die Kühlflüssigkeit durch hier vorgesehene Öffnungen in den inneren Strömungskanalabschnitt 38, der sich zwischen dem Zwischenmantel 36 und dem Innenmantel 14 des Sondenrohrs 2 erstreckt. Dadurch, dass die Kühlflüssigkeit in diesem inneren Strömungskanalabschnitt 38 an keiner Stelle einen Wert von unter 60 °C erreicht, wird die Temperatur innerhalb des Innenmantels 14 des Sondenrohrs 2 oberhalb von 60 °C gehalten. Hierdurch wird vermieden, dass Wasserdampf in dem Messgas während des Durchströmens des Sondenrohrs 42 kondensiert und zusammen mit Partikeln in dem Messgas eine schwer zu entfernende Verunreinigung der Einbauten innerhalb des Innenmantels 14 hervorruft. According to the system and method described herein, the cooling fluid flows at a fairly high temperature to the inlet port 41 , To avoid the coolant inside the probe tube 2 vaporized, the flow can be in the outer flow channel section 15 kept turbulent. For this purpose, obstacles in the outer flow channel section 15 be arranged or a high flow rate can be realized. The turbulence in the flow dissolves gas bubbles. At the free end 12 of the probe tube 2 the coolant enters the inner flow channel section through openings provided here 38 that is between the intermediate coat 36 and the inner jacket 14 of the probe tube 2 extends. Characterized in that the cooling liquid in this inner flow channel section 38 at no point reaches a value below 60 ° C, the temperature within the inner shell 14 of the probe tube 2 kept above 60 ° C. This avoids that water vapor in the measuring gas during the passage of the probe tube 42 condenses and together with particles in the sample gas a difficult to remove contamination of the internals within the inner shell 14 causes.

Durch einen Auslass-Anschluss 42 tritt die Kühlflüssigkeit aus dem inneren Strömungskanalabschnitt 38 in eine Ableitung 50, welche die Kühlflüssigkeit zur Temperatur-Regeleinheit 43 leitet. Die Temperatur-Regelungseinheit 43 weist einen ersten Temperatursensor 45 auf, der die Temperatur der Kühlflüssigkeit in der Zuleitung 49 und damit die Temperatur der Kühlflüssigkeit am Einlass-Anschluss 41 misst. Ein zweiter Temperatursensor 46 misst die Temperatur der Kühlflüssigkeit am Auslass-Anschluss 42 in der Ableitung 50. Beide Temperaturwerte können zur Steuerung der Temperatur der Kühlflüssigkeit herangezogen werden. Es ist aber auch möglich, nur einen Temperaturmesser, beispielsweise den Temperaturmesser 46 in der Ableitung 50 zu verwenden. Der Temperaturmesser 46 erfasst die Temperatur am Auslass-Anschluss 42 des Sondenrohrs 2. Das vordere, freie Ende 12 des Sondenrohrs 2 ragt in die über 1000 Grad heiße Gasströmung. Aus diesem Grund weist die Kühlflüssigkeit innerhalb des Sondenrohrs 2 den maximalen Wert im Bereich des freien Endes 12 des Sondenrohrs 2 auf. Der Temperaturwert der Kühlflüssigkeit steigt vom Einlass-Anschluss 41 zum freien Ende 12 des Sondenrohrs 2. Vom freien Ende 12 des Sondenrohrs 2 zum Auslass-Anschluss 42 sinkt der Temperaturwert wieder. Wenn zum Beispiel nur ein Temperaturmesser 46 zum Erfassen der Temperatur am Auslass-Anschluss 42 vorgesehen ist, kann dessen Grenztemperatur auf 60 °C eingestellt werden, um sicherzustellen, dass die Temperatur der Kühlflüssigkeit in dem gesamten inneren, an den Innenmantel 14 grenzenden Strömungskanalabschnitt 38 größer als 60 °C ist. Through an outlet connection 42 the cooling fluid exits the inner flow channel section 38 into a derivative 50 , which the cooling liquid to the temperature control unit 43 passes. The temperature control unit 43 has a first temperature sensor 45 on, the temperature of the coolant in the supply line 49 and thus the temperature of the coolant at the inlet port 41 measures. A second temperature sensor 46 Measures the temperature of the coolant at the outlet port 42 in the derivation 50 , Both temperatures can be used to control the temperature of the coolant. But it is also possible, only a temperature gauge, such as the temperature gauge 46 in the derivation 50 to use. The temperature meter 46 detects the temperature at the outlet port 42 of the probe tube 2 , The front, free end 12 of the probe tube 2 protrudes into the more than 1000 degrees hot gas flow. For this reason, the cooling liquid inside the probe tube 2 the maximum value in the area of the free end 12 of the probe tube 2 on. The temperature value of the coolant rises from the inlet port 41 to the free end 12 of the probe tube 2 , From the free end 12 of the probe tube 2 to the outlet port 42 the temperature value decreases again. If, for example, only one temperature gauge 46 for detecting the temperature at the outlet port 42 is provided, its limit temperature can be set to 60 ° C to ensure that the temperature of the cooling liquid in the entire inner, to the inner shell 14 adjacent flow channel section 38 greater than 60 ° C.

Alternativ kann die Temperatur der Kühlflüssigkeit am Einlass-Anschluss 41 auf einen Wert über 60 °C geregelt werden. Da die Kühlflüssigkeit im Betrieb durch die das Sondenrohr 2 umströmenden Gase erwärmt wird, ist auch in diesem Fall sichergestellt, dass die Temperatur der Kühlflüssigkeit in dem gesamten inneren, an den Innenmantel 14 grenzenden Strömungskanalabschnitt 38 größer als 60 °C ist.Alternatively, the temperature of the coolant at the inlet port 41 be regulated to a value above 60 ° C. Since the cooling liquid in operation by the the probe tube 2 In this case, it is ensured that the temperature of the cooling liquid in the entire inner, to the inner jacket 14 adjacent flow channel section 38 greater than 60 ° C.

Zum Umwälzen der Kühlflüssigkeit ist innerhalb der Temperatur-Regelungseinheit 43 eine Pumpe 48 vorgesehen, welche die Kühlflüssigkeit zum Einlass-Anschluss 41 des Sondenrohrs 2 pumpt. Ferner umfasst die Temperatur-Regelungseinheit 43 einen Kühler 44. Der Kühler 44 kann mit den weiteren Elementen der Temperatur-Regelungseinheit 3 in einem Gehäuse angeordnet sein oder ein separates Gehäuse aufweisen. Ein Mischventil 47 steuert die Menge der durch den Kühler 44 strömenden Kühlflüssigkeit. To circulate the cooling liquid is within the temperature control unit 43 a pump 48 provided, which the cooling liquid to the inlet port 41 of the probe tube 2 inflated. Furthermore, the temperature control unit comprises 43 a cooler 44 , The cooler 44 can with the other elements of the temperature control unit 3 be arranged in a housing or have a separate housing. A mixing valve 47 controls the amount of through the radiator 44 flowing cooling liquid.

Zu Beginn des Betriebs der Messung mit der hier beschriebenen Messsonde 1 wird die Strömung der Kühlflüssigkeit durch den Kühler 44 abgeschaltet. Die gesamte Kühlflüssigkeit, welche von der Pumpe 48 zum Einlass-Anschluss 41 des Sondenrohrs 2 gefördert wird, fließt im Wesentlichen ungekühlt vom Auslass-Anschluss 42 zum Einlass-Anschluss 41. Wenn die Temperatur der Kühlflüssigkeit am Auslass-Anschluss 42 den Sollwert überschreitet, bewirkt das Mischventil 47, dass ein Teilstrom der Kühlflüssigkeit oder der gesamte Strom der Kühlflüssigkeit durch den Kühler 44 zum Einlass-Anschluss 41 fließt, um eine unzulässige Erhitzung der Kühlflüssigkeit zu vermeiden. Der Kühler 44 kann ein Waser/Luftkühler oder ein Wasser/Wasserkühler sein. At the beginning of the operation of the measurement with the probe described here 1 is the flow of the coolant through the radiator 44 off. All the coolant coming from the pump 48 to the inlet connection 41 of the probe tube 2 is discharged, flows substantially uncooled from the outlet port 42 to the inlet connection 41 , When the temperature of the coolant at the Outlet port 42 exceeds the set point causes the mixing valve 47 in that a partial flow of the cooling fluid or the entire flow of the cooling fluid through the radiator 44 to the inlet connection 41 flows to prevent inadmissible heating of the coolant. The cooler 44 can be a water / air cooler or a water / water cooler.

Es ist anzumerken, dass die 14 nur die funktionalen Elemente der Temperatur-Regelungseinheit 43 zeigt. Deren räumliche Anordnung kann frei gewählt werden. Beispielsweise kann der Kühler 44 im gleichen Gehäuse wie die Pumpe 48 und das Mischventil 47 angeordnet sein. Der Kühler 44 kann aber auch ein von den übrigen Elementen der Temperatur-Regelungseinheit 43 getrenntes Gehäuse aufweisen. Auch müssen die Temperatursensoren 45, 46 nicht zwingend an der Zuleitung 49 und der Ableitung 50 angeordnet sein. Sie können auch unmittelbar an dem Einlass-Anschluss 41 und dem Auslass-Anschluss 42 angeordnet sein und über elektrische Signalleitungen die Messwerte an die Temperatur-Regelungseinheit 43 übermitteln.It should be noted that the 14 only the functional elements of the temperature control unit 43 shows. Their spatial arrangement can be chosen freely. For example, the radiator 44 in the same housing as the pump 48 and the mixing valve 47 be arranged. The cooler 44 but can also be one of the other elements of the temperature control unit 43 have separate housing. Also, the temperature sensors need to 45 . 46 not necessarily on the supply line 49 and the derivative 50 be arranged. You can also go directly to the inlet port 41 and the outlet port 42 be arranged and via electrical signal lines, the measured values to the temperature control unit 43 to transfer.

Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.The features of the invention disclosed in the present description, in the drawings and in the claims may be essential both individually and in any desired combinations for the realization of the invention in its various embodiments. The invention is not limited to the described embodiments. It can be varied within the scope of the claims and taking into account the knowledge of the person skilled in the art.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Messsonde, Gasentnahmesonde Measuring probe, gas sampling probe
22: Sondenrohr probe tube
33: Anschlusskasten junction box
44: Energiezuführungskette Energy supply chain
55: Tragschiene rail
66: Verschlusskasten lock box
77: Tragrolle supporting role
88th: Stehlager Plummer
99: Stehlager Plummer
1010: Antriebsmotor drive motor
1111: Gasbehälter gas tank
1212: erstes, freies Ende des Sondenrohrs first, free end of the probe tube
1313: Außenmantel outer sheath
1414: Innenmantel inner sheath
1515: äußerer Strömungskanalabschnitt outer flow channel section
1616: Ausstoßplatte ejector plate
1717: Führungselement guide element
1818: Verbindungsrohr, rohrförmiges Verbindungselement Connecting tube, tubular connecting element
1919: rohrförmiger Filter tubular filter
2020: rohrförmiger Filter tubular filter
2121: Verbindungsmuffe coupling sleeve
2222: Verlängerungselement extension element
2323: Dichtring seal
2424: Anschlussstück connector
2525: Verkleidung paneling
2626: Zentrierkörper centering
2727: Verschlusskörper closure body
2828: Schraubmuffe screw socket
2929: Schraubmuffe screw socket
3030: Druckrohr pressure pipe
3131: Durchlassöffnung Port
3232: Ringraum annulus
3333: Messkammer measuring chamber
3434: Messsonde probe
3535: Dichtungselement sealing element
3636: Zwischenmantel intermediate casing
3838: innerer Strömungskanalabschnitt inner flow channel section
3939: zweites, kaltes Ende des Sondenrohrs second, cold end of the probe tube
4040: Stützring support ring
4141: Einlass-Anschluss Inlet port
4242: Auslass-Anschluss Outlet port
4343: Temperatur-Regelungseinheit Temperature control unit
4444: Kühler cooler
4545: Temperatursensor temperature sensor
4646: Temperatursensor temperature sensor
4747: Mischventil mixing valve
4848: Pumpe pump
4949: Zuleitung supply
5050: Ableitung derivation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1371976 B1 [0002, 0004, 0005, 0019]

Claims

Measuring system with a liquid-cooled measuring probe ( 1 ), comprising: - a probe tube ( 2 ) with an outer jacket ( 13 ) and an inner jacket ( 14 ), whereby a first end ( 12 ) of the probe tube ( 2 ) Sample gas is sucked from a hot gas stream, which through the inner shell ( 14 ) towards the second end ( 39 ) of the probe tube ( 2 ) flows, - a flow channel for a cooling liquid, which between the outer shell ( 13 ) and the inner shell ( 14 ) from the second end ( 39 ) of the probe tube ( 2 ) to its first end ( 12 ) and back again, whereby at least one section ( 38 ) of the flow channel to the inner shell ( 14 ), - an inlet connection ( 41 ) at the second end ( 39 ) of the probe tube ( 2 ), through which cooling fluid flows into the flow channel, - an outlet port ( 42 ) at the second end ( 39 ) of the probe tube ( 2 ), through which cooling liquid flows out of the flow channel; characterized by: - a temperature control unit ( 43 ), which regulates the temperature of the cooling liquid in such a way that the temperature of the cooling liquid in the whole to the inner shell ( 14 ) bordering section ( 38 ) of the flow channel is above 60 ° C.

Measuring system according to claim 1, characterized in that the temperature control unit ( 43 ) with at least one temperature sensor ( 45 ) at the inlet port ( 41 ) and the temperature of the coolant at the inlet port ( 41 ) so that it is above 60 ° C.

Measuring system according to claim 1 or 2, characterized in that between the outer shell ( 13 ) and the inner shell ( 14 ) of the probe tube ( 2 ) an intermediate sheath ( 36 ) is arranged, which between the outer shell ( 13 ) and the inner shell ( 14 ) flow space in an outer, on the outer shell ( 13 ) adjacent flow channel section ( 15 ) and an inner, to the inner shell ( 14 ) adjacent flow channel section ( 38 ), wherein near the first end of the probe tube ( 12 ) at least one passage opening is arranged, which the outer flow channel section ( 15 ) with the inner flow channel section ( 38 ) connects.

Measuring system according to claim 3, characterized in that the inlet connection ( 41 ) with the outer flow channel section ( 15 ) and that the outlet port ( 42 ) with the inner flow channel section ( 38 ) connected is.

Measuring system according to claim 4, characterized in that the temperature control unit ( 43 ) with a temperature sensor ( 46 ) at the outlet port ( 42 ) and the temperature of the coolant at the outlet port ( 42 ) so that it is above 60 ° C.

Measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature control unit ( 43 ) a mixing device ( 47 ), which determines the ratio of the portions of cold and warm liquid, which to the inlet port ( 41 ).

Measuring system according to claim 6, characterized in that the mixing device is an adjustable mixing valve ( 47 ), which is a partial flow from the outlet port ( 42 ) leaking liquid to a cooler ( 44 ) feeds.

Measuring system according to one of claims 2 to 7, characterized in that the temperature control unit ( 43 ) controls the operation of a suction pump for the sample gas and the suction pump is activated only when the of the temperature sensor ( 45 . 46 ) measured value is above a predetermined limit.

Measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that in the outer flow channel section ( 15 ) and / or in the inner flow channel section (FIG. 37 ) Means for generating a turbulent flow are arranged.

Method for operating a liquid-cooled measuring probe ( 1 ) with a probe tube ( 2 ), which has an outer jacket ( 13 ) and an inner jacket ( 14 ), wherein between the outer shell ( 13 ) and the inner shell ( 14 ) a flow channel for a cooling liquid is arranged, which from the second end ( 39 ) of the probe tube ( 2 ) to its first end ( 12 ) and back again, whereby at least one section ( 38 ) of the flow channel to the inner shell ( 14 ), with the following steps: - by a first end ( 12 ) of the probe tube ( 2 ) sample gas is sucked in, which through the inner shell ( 14 ) towards the second end ( 38 ) of the probe tube flows through an inlet port ( 41 ) at the second end ( 39 ) of the probe tube ( 2 ) coolant is directed into the flow channel, - through an outlet port ( 42 ) at the second end ( 39 ) of the probe tube ( 2 ), the cooling liquid flows out again after passing through the flow channel, characterized by: - controlling the temperature of the cooling liquid such that the temperature of the cooling liquid in the whole of the inner shell ( 14 ) bordering section ( 38 ) of the flow channel is above 60 ° C.

A method according to claim 10, characterized in that the temperature of the incoming cooling liquid at the inlet port ( 41 ) is controlled so that it is above 60 ° C.

A method according to claim 10 or 11, characterized in that between the outer shell ( 13 ) and the inner shell ( 14 ) of the probe tube an intermediate sheath ( 36 ) is arranged, which between the outer shell ( 13 ) and the inner shell ( 14 ) flow space in an outer flow channel section ( 15 ) and an inner, to the inner shell ( 14 ) adjacent flow channel section ( 38 ), where near the first end ( 12 ) of the probe tube ( 2 ) at least one passage opening is arranged, which the outer flow channel section ( 15 ) with the inner flow channel section ( 38 ), and wherein the cooling liquid from the inlet port ( 41 ) at the second end ( 39 ) of the probe tube ( 2 ) through the outer flow channel section ( 15 ) to the first end ( 12 ) of the probe tube ( 2 ) and from the first end ( 12 ) of the probe tube ( 2 ) through the inner flow channel section ( 38 ) to the outlet port ( 42 ) at the second end ( 39 ) of the probe tube ( 2 ) flows.

A method according to claim 12, characterized in that the temperature of the cooling liquid at the outlet port ( 42 ) is controlled so that it is above 60 ° C.

Method according to one of claims 10 to 13, characterized in that a temperature sensor ( 45 . 46 ) measures a temperature in the cooling water flow and that the extraction of measurement gas is only activated when the measured temperature is above a predetermined limit value.

Method according to one of claims 10 to 14, characterized in that in the outer flow channel section ( 15 ) and / or in the inner flow channel section (FIG. 38 ) a turbulent of the cooling liquid prevails.