DE112015004710T5

DE112015004710T5 - Gasanalysevorrichtung

Info

Publication number: DE112015004710T5
Application number: DE112015004710.7T
Authority: DE
Inventors: Takuya Ido; Yasushi Hirata; Toshiaki Nakagawa
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2017-07-06
Also published as: WO2016059974A1; JP6462710B2; US9835556B2; JPWO2016059974A1; CN106461552B; US20170082537A1; CN106461552A

Abstract

Die vorliegende Erfindung verhindert die Korrosion einer Basis und eines Flansches einer Sonde, die an einer Rohrseitenwand angebracht ist, in einer Gasanalysevorrichtung zur Verwendung eines optischen Messsystems, um die Konzentration eines durch ein Rohr strömenden Gases zu messen. Eine Gasanalysevorrichtung 1 ist mit einem Sondenrohr 11, einem Flansch 13, einem Element eines optischen Systems und Heizeinrichtungen 31 versehen. Das Sondenrohr 11 schließt einen optischen Weg ein, über welchen Messlicht auf einen vorgeschriebenen Messbereich eines durch einen Abzug 50 strömenden Probengases S projiziert und/oder vom Messbereich empfangen wird. Der Flansch 13 ist am äußeren Umfang des Sondenrohrs 11 fixiert und an einer Rohrseitenwand 21 angebracht. Das Element des optischen Systems projiziert Messlicht auf das Probengas S innerhalb des Messbereichs und/oder empfängt Messlicht vom Messbereich. Die Heizeinrichtungen 31 sind innerhalb des Flansches 13 angeordnet und erhitzen den Teil, wo das Sondenrohr 11 und der Flansch 13 aneinander fixiert sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gasanalysevorrichtung und insbesondere auf eine Gasanalysevorrichtung, welche Messlicht auf ein durch ein Rohr strömendes Probengas projiziert und es empfängt, um die Konzentration einer vorbestimmten Komponente zu analysieren.
HINTERGRUNDTECHNIK
In Rauch- bzw. Abgasen, die von Kesseln und Verbrennungsanlagen ausgestoßen werden, welche Kohle und Schweröl verbrennen, sind Komponenten wie etwa Schwefeloxide (SOx), Stickoxide (NOx), Kohlendioxid (CO₂), Kohlenmonoxid (CO), HCl, NH₃ und andere Komponenten enthalten.
Ein Beispiel von Gasanalysevorrichtungen zum Analysieren der Mengen der in einem Gas enthaltenen Komponenten stellt sich wie folgt dar. Die Vorrichtung enthält eine Sonde, die so angeordnet wird, dass sie einen Gasstromweg in einem Rohr kreuzt, und von einer Lichtquelle zum Gas emittiertes Messlicht wird durch einen an der Spitze der Sonde angeordneten Reflektor reflektiert, so dass die Konzentration einer Komponente des Probengases basierend auf der Information des reflektierten Messlichts analysiert wird (zum Beispiel, Verweis auf Patentdokument 1).
Die Sonde der Gasanalysevorrichtung liegt in der Form eines hohlen Rohrs vor, durch welches das Messlicht gelangt. Die Sonde ist so angeordnet, dass sie sich mit dem Gasstromweg im Schlot bzw. Abzug kreuzt. Ein ringförmiger Flansch ist an der Sonde fixiert, und der Flansch ist an einer Seitenwand des Rohrs angebracht.
An dem Proximalende der Sonde sind eine lichtemittierende Einheit, welche Messlicht in die Sonde emittiert, und ein Fotodetektor zum Empfangen des reflektierten Lichts vorgesehen. An der Spitze der Sonde ist ein Reflektor vorgesehen, um das Messlicht von der lichtemittierenden Einheit zur Fotodetektorseite zu reflektieren.
In der obigen Gasanalysevorrichtung wird ein Gas in einem Abzug durch Diffusion in die Sonde eingeführt, und das von der lichtemittierenden Einheit emittierte und durch den Reflektor reflektierte Messlicht wird vom Fotodetektor empfangen, so dass basierend auf den Charakteristiken dieses Messlichts die Komponenten im Gas analysiert werden können.
ZITATLISTE
PATENTZITATE

Patentzitat 1: US Patent Nr. 5,781,306 Beschreibung ´

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Die Erfinder haben solch ein herkömmliches Gasanalysegerät untersucht und sich auf das folgende Problem neu konzentriert. In dem Gasanalysegerät wird die Sonde durch Abgas bei einer hohen Temperatur (zum Beispiel 100°C bis 400°C) erhitzt; aber eine Basis der Sonde und ein fixierter Teil des Flansches werden nicht ausreichend erhitzt (zum Beispiel niedriger als 100°C). Es besteht auch das Problem, dass die im Gas enthaltenen Komponenten (insbesondere saure Komponenten haben großen Einfluss) bewirken, dass der Taupunkt erhöht wird, was eine Kondensation an den oben erwähnten Teilen verursacht, die zu einer Korrosion der Teile führt. Wenn die Basis der Sonde korrodiert ist, wird die Geradheit der Sonde nachteilig beeinflusst, was zu dem Problem einer abgewichenen bzw. abgeknickten optischen Achse führen kann. Daher ist es wichtig, das oben erwähnte Korrosionsproblem anzugehen, um eine Analysegenauigkeit im Gasanalysegerät sicherzustellen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Korrosion einer Basis einer Sonde und eines Flansches, der an einer Rohrseitenwand angebracht ist, in der Gasanalysevorrichtung zum Messen der Konzentration eines in einem Rohr strömenden Gases durch ein optisches Messsystem zu verhindern.
TECHNISCHE LÖSUNG
Eine Vielzahl von Aspekten wie Mittel zum Lösen der Probleme wird im Folgenden beschrieben. Diese Aspekte können nach Bedarf und Belieben kombiniert werden.
Eine Gasanalysevorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein rohrförmiges Element, einen ringförmigen Flansch, ein Element eines optischen Systems und eine Heizeinrichtung. Das rohrförmige Element schließt einen optischen Weg ein, über welchen Messlicht auf einen vorbestimmten Messbereich eines durch ein Rohr strömenden Probengases projiziert und/oder vom Messbereich empfangen wird. Der ringförmige Flansch ist an einem äußeren Umfang des rohrförmigen Elements fixiert und an einer Seitenwand des Rohrs montiert. Das Element des optischen Systems ist dazu eingerichtet, das Messlicht auf das Probengas innerhalb des Messbereichs zu projizieren und/oder das Messlicht vom Messbereich zu empfangen. Die Heizeinrichtung ist innerhalb des ringförmigen Flansches angeordnet und dazu eingerichtet, einen fixierten Teil zwischen dem rohrförmigen Element und dem ringförmigen Flansch zu heizen.
In dieser Gasanalysevorrichtung wird der fixierte Teil zwischen dem rohrförmigen Element und dem ringförmigen Flansch durch die Heizeinrichtung geheizt. Insbesondere ist die Heizeinrichtung innerhalb des ringförmigen Flansches angeordnet, und daher sind die Heizeffekte im fixierten Teil zwischen dem rohrförmigen Element und dem ringförmigen Flansch ungeachtet der thermischen Leitfähigkeit des Flansches selbst hoch. Als Folge kann die Temperatur leicht auf eine gewünschte Temperatur erhöht werden. Daher ist es unwahrscheinlich, dass eine Kondensatbildung im fixierten Teil zwischen dem rohrförmigen Element und dem ringförmigen Flansch auftritt, wodurch Korrosion verhindert wird.
Die Gasanalysevorrichtung kann ferner ein wärmeisolierendes Element umfassen, das die Heizeinrichtung und den ringförmigen Flansch abdeckt, um die Heizeinrichtung und den ringförmigen Flansch vor der Außenluft abzuschließen.
In diesem Fall wird verhindert, dass Wärme von der Sonde und dem ringförmigen Flansch dissipiert. Daher wird die Heizeffizienz bei Verwendung der Heizeinrichtung verbessert.
Die Gasanalysevorrichtung kann ferner eine wärmeisolierende Verbindungsstruktur umfassen, die im rohrförmigen Element zwischen dem ringförmigen Flansch und dem Element des optischen Systems angeordnet ist. Die wärmeisolierende Verbindungsstruktur verbindet den ringförmigen Flansch und das Element des optischen Systems, während Wärme zwischen dem ringförmigen Flansch und dem Element des optischen Systems isoliert wird.
In diesem Fall ist es unwahrscheinlich, dass Wärme von der Sonde und dem ringförmigen Flansch zum Element des optischen Systems übertragen wird. Folglich ist das Element des optischen Systems keinen hohen Temperaturen ausgesetzt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Heizeinrichtung in einem Loch angeordnet, das auf der äußeren Umfangsfläche des ringförmigen Flansches ausgebildet ist. Dies erleichtert eine Montage der Heizeinrichtung.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Heizeinrichtung an das/von dem Loch anbringbar/lösbar. Dies ermöglicht einen einfachen Austausch der Heizeinrichtung.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl von Heizeinrichtungen in der Umfangsrichtung bezüglich des ringförmigen Flansches angeordnet und voneinander beabstandet. Dementsprechend kann die Heizeinrichtung den ringförmigen Flansch vollständig erhitzen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden ein Sondenrohr und ein Flansch durch Schweißen fixiert, und die Heizeinrichtung erwärmt direkt die Schweißverbindung. Selbst wenn die Korrosionsbeständigkeit der Schweißverbindung aufgrund einer Änderung im Verhältnis von Komponenten während einer Schweißung verringert wird, wird die Schweißverbindung aufgrund einer direkten Erwärmung der Schweißverbindung vor Korrosion bewahrt.
VORTEILHAFTE EFFEKTE
In der Gasanalysevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es unwahrscheinlich, dass in einer Gasanalysevorrichtung zum Messen einer Konzentration eines durch ein Rohr strömenden Gases durch ein optisches Messsystem eine Sonde, die über einen Flansch an einer Rohrseitenwand angebracht ist, korrodiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Gasanalysevorrichtung der ersten Ausführungsform.
2 ist eine partiell vergrößerte Ansicht von 1.
3 ist eine Draufsicht eines Flanschteils.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Gasanalysevorrichtung der zweiten Ausführungsform.
5 ist eine partiell vergrößerte Ansicht von 4.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
1. Erste Ausführungsform
(1) Gesamtkonfiguration
1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Gasanalysevorrichtung der ersten Ausführungsform. 2 ist eine partiell vergrößerte Ansicht von 1.
Eine Gasanalysevorrichtung 1 ist eine Vorrichtung zum Analysieren eines Probengases S, wobei das Probengas S durch einen Schlot bzw. Abzug 50 strömt und durch Diffusion in die Gasanalysevorrichtung 1 eingeführt wird. Der Abzug 50 besteht aus einem Rohr 21.
Die Gasanalysevorrichtung 1 umfasst hauptsächlich ein Sondenrohr 11 (ein Beispiel des rohrförmigen Elements), eine Analyseeinheit 12 und einen Flansch 13.
Die Analyseeinheit 12 umfasst eine lichtemittierende Einheit 15, einen Fotodetektor 16 (ein Beispiel des Elements eines optischen Systems) und eine Steuerungseinheit 17.
Die lichtemittierende Einheit 15 ist eine Lichtquelle zum Emittieren eines Laserstrahls, welcher als ein Messlicht durch ein lichtführendes Rohr 14 und das Sondenrohr 11 zu einem zu messenden Gas dient. Die lichtemittierende Einheit 15 kann mit einem Infrarotlaseroszillator zum Aussenden eines Lichts in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich mit hoher Linearität konfiguriert sein.
Der Fotodetektor 16 ist ein Fotodetektor zum Empfangen des Messlichts, welches durch das im Abzug zu messende Gas einfällt.
Die Steuerungseinheit 17 steuert die Emission des Laserstrahls von der lichtemittierenden Einheit 15 und führt basierend auf dem vom Fotodetektor 16 empfangenen Messlicht eine Komponentenanalyse des zu messenden Gases durch.
Das Sondenrohr 11 ist in einer hohlen zylindrischen Form ausgebildet und ist senkrecht zum Probengas S im Abzug 50 angeordnet, der im Inneren einer Rohrwandseite 22 des Rohrs 21 ausgebildet ist. Das Material des verwendeten Sondenrohrs 11 ist vorzugsweise ein Metallmaterial wie etwa rostfreier Stahl, welcher Wärmebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist.
In dem Messbereich des Sondenrohrs 11 ist auf der stromabwärtigen Seite des Probengases S eine Öffnung 11a zum Einführen des Gases in das Sondenrohr 11 vorgesehen. Die Anzahl, Position und Form der Öffnung 11a sind nicht sonderlich beschränkt.
An der Spitze des Sondenrohrs 11 ist ein Reflektor 20 zum Reflektieren des von der lichtemittierenden Einheit 15 der Analyseeinheit 12 emittierten Messlichts vorgesehen. Der Reflektor 20 reflektiert das von der lichtemittierenden Einheit 15 emittierte Messlicht zur Seite des Fotodetektors 16 und kann aus einem Tripelspiegel (engl. corner cube) bestehen.
Der Flansch 13 ist ein Element zum Fixieren des Sondenrohrs 11 in die Rohrseitenwand 21. Der Flansch 13 ist wie in 2 gezeigt durch eine Schweißverbindung 41 (2) am Sondenrohr 11 fixiert. Der Flansch 13 besteht aus zum Beispiel rostfreiem Stahl.
Die Gasanalysevorrichtung 1 ist an einem Montageloch 23 der Rohrseitenwand 21 angebracht. Konkreter ist, wie in 2 gezeigt ist, ein Montageteil 27 auf der Seite des Montagelochs 23 zur Analyseeinheit 12 vorgesehen, und der oben erwähnte Flansch 13 ist an den Montageteil 27 geschraubt. Mit der obigen Konfiguration wird ein ringförmiger Zwischenraum 25 zwischen der inneren Umfangsfläche des Montagelochs 23 und einer äußeren Umfangsfläche 43 des Sondenrohrs 11 (insbesondere dem Basisteil, an welchem der Flansch 13 fixiert ist) sichergestellt, und das Probengas S vom Abzug 50 strömt in den Raum 25 im ringförmigen Zwischenraum. Als Folge sind die äußere Umfangsfläche 43 des Sondenrohrs 11 (insbesondere die Basis, an der der Flansch 13 fixiert ist), eine Hauptfläche 13a der inneren Umfangsseite des Flansches 13 und die Schweißverbindung 41 auf der Abzugsseite dem Probengas S ausgesetzt.
In der bevorzugten Ausführungsform ist auf der Seite der Analyseeinheit 12 ein Antriebsmechanismus 41 vorgesehen, der einen zweiten Reflektor 43 enthält. Der zweite Reflektor 43 dient zum Reflektieren des Messlichts vom Fotodetektor 16 und ist beispielsweise ein Tripelspiegel. In dem Raum zwischen der Analyseeinheit 12 und dem zweiten Reflektor 43 kann ein bekanntes Gas, ein Kalibriergas und Nullgas gefüllt sein. Der Antriebsmechanismus 41 umfasst eine Feder und einen Luftzylinder. Wenn die Analyse von Komponentenkonzentrationen durchgeführt wird, entfernt der Antriebsmechanismus 41 den zweiten Reflektor 43 aus dem optischen Weg, während er, wenn eine Korrektur oder Kalibrierung durchgeführt wird, den zweiten Reflektor 43 auf dem optischen Weg platziert.
(2) Korrosionsproblem und Heizeinrichtung
Im Stand der Technik beträgt die Temperatur des Probengases S im Abzug 50 100°C bis 400°C; aber die Temperatur des Probengases ist im Raum 25 vermindert, was eine Kondensatbildung hervorruft. Die kondensierte Feuchtigkeit wird auf der äußeren Umfangsfläche 43 des Sondenrohrs 11, der Hauptfläche 13a auf der inneren Umfangsseite des Flansches 13 und der Schweißverbindung 41 auf der Abzugsseite abgesetzt. Da das Rauch- bzw. Abgas Säure enthält, tritt in den Teilen, wo eine Kondensatbildung aufgetreten ist, Korrosion auf. Die Gase, welche die Hauptursache für Korrosion sind, sind Wasserstoffchlorid (HCl), Schwefeloxide (SO_x) und Stickoxide (NO_x).
Daher verhindert in dieser Ausführungsform das Vorsehen der Heizeinrichtungen 31 eine Kondensatbildung im Raum 25, so dass eine Korrosion in den oben erwähnten Teilen vermieden wird.
Die Heizeinrichtungen 31 sind direkt am Flansch 13 angebracht. Konkreter sind die Heizeinrichtungen 31 innerhalb des Flansches 13 montiert. Genauer beschrieben sind, wie in 2 und 3 gezeigt ist, die Heizeinrichtungen 31 in Löchern montiert, die sich von der äußeren Umfangsfläche in Richtung auf die Mitte des Flansches 13 erstrecken. Eine Mehrzahl von Heizeinrichtungen 31 ist vorhanden, und die Anzahl beträgt in dieser Ausführungsform 4. Die Heizeinrichtungen 31 sind in regelmäßigen Intervallen in der Umfangsrichtung angeordnet. In dieser Ausführungsform sind die Heizeinrichtungen 31 Heizpatronen.
Die Heizeinrichtungen 31 werden durch einen Temperatur-Controller 19 in 1 gesteuert. Der Temperatur-Controller 19 ist eine Vorrichtung zum Steuern der Heizeinrichtungen 31, um eine Kondensatbildung in den oben erwähnten Teilen zu vermeiden, basierend auf verschiedenen Bedingungen. Der Temperatur-Controller 19 steuert eine den Heizeinrichtungen 31 bereitgestellte elektrische Leistung und umfasst eine Steuerungseinheit zum Steuern der Abgabe der Heizeinrichtung 31. Die gesteuerte Temperatur wird gemäß den Abgasbedingungen und der Ortsumgebung geeignet eingestellt. Die Ortsumgebung ist zum Beispiel eine Temperatur des Abgases, eine Konzentration von koexistierendem Wasserdampf, Arten koexistierender saurer und basischer Gase, Umgebungstemperatur und die Form der Zielrohrleitung.
Ferner ist im Raum 25, wie in 1 gezeigt ist, ein Temperatursensor 39 zum Feststellen der Temperatur im Abzug 50 vorgesehen. Der Temperatur-Controller 19 kann basierend auf einem vom Temperatursensor 39 gesendeten Signal einen Betrieb steuern.
Spüleinheiten 18 zum Zuführen von Spülgas zum Messbereich sind an beiden Enden des Sondenrohrs 11 vorgesehen. Das Spülgas dient dazu, zu verhindern, dass die Elemente des optischen Systems wie etwa die lichtemittierende Einheit 15, der Fotodetektor 16 und der Reflektor 20 dem Probengas ausgesetzt werden. Das Spülgas wird durch das lichtführende Rohr 14 dem Sondenrohr 11 zugeführt. Überdies wird das Spülgas durch ein (nicht dargestelltes) Spülgas-Zufuhrrohr, das in dem lichtführenden Rohr 14 und dem Sondenrohr 11 angeordnet ist, der Spitze des Sondenrohrs 11 zugeführt.
Wenn eine katoptrische Messung durchgeführt wird, wird basierend auf dem Messlicht, das von der lichtemittierenden Einheit 15 emittiert wurde, durch das Innere des Sondenrohrs 11 gelangte, durch den Reflektor 20 reflektiert wurde, wieder durch das Innere des Sondenrohrs 11 gelangte und vom Fotodetektor 16 empfangen wurde, eine Analyse durchgeführt.
(3) Details von Heizeinrichtungen
Die Heizeinrichtungen 31 sind im Flansch 13 montiert, um den fixierten Teil des Sondenrohrs 11 und des Flansches 13 zu erhitzen. Da die Heizeinrichtungen 31 innerhalb des Flansches 13 montiert sind, sind ihre Heizwirkungen im oben erwähnten fixierten Teil hoch. Als Folge kann die Temperatur leicht auf eine gewünschte Temperatur erhöht werden. Daher ist es unwahrscheinlich, dass Kondensatbildung im fixierten Teil des Sondenrohrs 11 und des Flansches 13 auftritt, wodurch Korrosion verhindert wird.
Da das durch die Heizeinrichtung 31 direkt zu heizende Ziel das Innere des Flansches 13 ist, kann die Temperatur des Teils in der Umgebung des Flansches 13 einfach erhöht werden, selbst wenn der Flansch aus einem Material mit einer geringen thermischen Leitfähigkeit wie etwa rostfreiem Stahl geschaffen ist. Mit anderen Worten wird ein reduzierter Energieverbrauch erreicht. Da die Heizeinrichtungen 31 direkt am Flansch 13 angebracht sind, nimmt der Heizaufbau außerdem keinen großen Raum in der Gasanalysevorrichtung 1 ein.
Als Folge wird die Linearität der optischen Achse im Sondenrohr 11 beibehalten, so dass es möglich ist, eine genaue Gasanalyse über eine lange Zeitspanne durchzuführen.
Die Heizeinrichtungen 31 heizen direkt insbesondere die Schweißverbindung 41, welche ein fixierter Teil des Sondenrohrs 11 und des Flansches 13 ist, und daher ist dies hochwirksam bei der Korrosionsvermeidung. Im Allgemeinen weist die Schweißverbindung aufgrund von Änderungen im Verhältnis von Komponenten während einer Schweißung eine geringere Korrosionsbeständigkeit auf. In dieser Ausführungsform wird die Schweißverbindung 41 derart erhitzt, dass es sogar in solch einem Fall unwahrscheinlich ist, dass sie korrodiert wird. Selbstverständlich sind die Heizeinrichtungen 31 auch dabei effektiv, eine Korrosion in anderen Teilen als der Schweißverbindung 41 zu verhindern. Da die Heizeinrichtungen 31 die Schweißverbindung 41 direkt erhitzen, ist überdies die Größe des Heizaufbaus reduziert.
Wenn zum Beispiel die Temperatur des Abgases gering ist, sind die Konzentrationen der sauren Komponenten wie etwa HCl, SO_X und NO_X, die im Abgas koexistieren, hoch, und ein Anstieg des Taupunktes wird verstärkt. Dies ist besonders problematisch, falls die Umgebungstemperatur niedrig ist und die Zielrohrleitung einen R-Teil (engl. R portion) aufweist.
Da die Heizeinrichtungen 31 im Flansch 13 installiert sind, wird insbesondere die Heizeffizienz des Flansches 13 durch die Heizeinrichtungen 31 verbessert. Dies gilt, da die Wärme von den Heizeinrichtungen 31 kaum aus dem Flansch 13 dissipiert.
In der vorliegenden Ausführungsform können die Heizeinrichtungen 31 angebracht werden, indem einfach Löcher im Flansch 13 gebildet werden, und es ist daher unnötig, eine spezielle neue Struktur vorzusehen. Da die Heizeinrichtungen 31 leicht in die Löcher am Flansch 13 eingeführt und daraus entfernt werden können, können sie außerdem einfach ausgetauscht werden.
Die Art, die Anzahl, das Einbauverfahren und die Einbauposition der Heizeinrichtungen sind nicht sonderlich beschränkt. Die Anzahl der Heizeinrichtungen kann Eins sein. Wenn die Anzahl der Heizeinrichtungen höher ist, können das Verhältnis der Anordnungspositionen zwischen ihnen und die jeweiligen Steuerungsbedingungen der Heizeinrichtungen geeignet eingestellt werden. Die Heizeinrichtungen sind jedoch vorzugsweise an Stellen näher zur Mitte des Flansches vorgesehen. Dies sorgt für eine ausreichende Heizung der Schweißverbindung 41.
Die Zieltemperatur des Raums 25 durch die Heizeinrichtungen 31 ist nicht besonders beschränkt, solange die obigen Effekte erzielt werden können, und beträgt zum Beispiel 100°C oder höher.
Die Heizeinrichtungen 31 können dazu eingerichtet sein, nur zu erhitzen, wenn die Verbrennungsanlage in Betrieb ist, oder können dazu eingerichtet sein, zu erhitzen, selbst wenn die Verbrennungsanlage außer Betrieb ist und das Probengas S nicht durch den Abzug 50 strömt.
(4) Wärmeisolierendes Element
Die Gasanalysevorrichtung 1 umfasst ferner ein wärmeisolierendes Element 33. Das wärmeisolierende Element 33 ist ein Abdeckelement zum Abschließen der Heizeinrichtungen 31 und des Flansches 13 vor der Außenluft. Wie in 1 gezeigt ist, deckt das wärmeisolierende Element 33 die Heizeinrichtungen 31 und den Flansch 13 ab. Überdies deckt das wärmeisolierende Element 33 auch den Montageteil 27 ab. Das wärmeisolierende Element 33 ist zum Beispiel Silikongummi. Das wärmeisolierende Element 33 ist mit einer Hülle 35 abgedeckt.
Das wärmeisolierende Element 33 erhöht die Heizwirkungen im Flansch 13. Folglich kann der Flansch 13 ausreichend erhitzt werden, während den Heizeinrichtungen 31 zugeführte elektrische Leistung niedrig gehalten wird.
Das Material, die Menge, die Form und die Anordnungsposition des wärmeisolierenden Elements sind nicht auf jene in der obigen Ausführungsform beschränkt.
Überdies kann das wärmeisolierende Element weggelassen werden.
(5) Wärmeisolierende Verbindungsstruktur
Die Gasanalysevorrichtung 1 umfasst ferner eine wärmeisolierende Verbindungsstruktur 37. Die wärmeisolierende Verbindungsstruktur 37 ist zwischen dem Flansch 13 und der lichtemittierenden Einheit 15 und dem Fotodetektor 16 im Sondenrohr 11 angeordnet und dazu eingerichtet, die beiden Seiten zu verbinden, während Wärme zwischen den beiden Seiten isoliert wird. Konkreter ist die wärmeisolierende Verbindungsstruktur 37 zwischen dem Flansch 13 und dem Antriebsmechanismus 41 angeordnet.
Die wärmeisolierende Verbindungsstruktur 37 ist zum Beispiel eine Struktur, um einen Kontakt von Metallen in einer Position zu verhindern, wo zylindrische Elemente miteinander verbunden sind, und ist realisiert z.B. durch ein Element, das aus einem Glasepoxidharz besteht, und einen O-Ring oder dergleichen. Die wärmeisolierende Verbindungsstruktur 37 verhindert, dass die durch die Heizeinrichtungen 31 erzeugte Wärme in Richtung der lichtemittierenden Einheit 15 und des Fotodetektors 16 übertragen wird. Insbesondere weisen die lichtemittierende Einheit 15 und der Fotodetektor 16 eine geringe Hitzebeständigkeit auf, und es ist daher wichtig, die Komponenten vor der gesteuerten hohen Temperatur thermisch abzuschließen. Überdies ist der Antriebsmechanismus 41 sehr empfindlich gegen eine Wärmeausdehnung, wo die wärmeisolierende Verbindung durch die wärmeisolierende Verbindungsstruktur 37 zum Unterdrücken einer Wärmeausdehnung effektiv ist.
(6) Experimentelle Ergebnisse
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ein Experiment zu dem Auftreten und der Vermeidung von Korrosion durchgeführt, indem die oben beschriebene Gasanalysevorrichtung 1 über mehrere Monate genutzt wurde. In einer herkömmlichen Gasanalysevorrichtung, welche keine Heizeinrichtung nutzt, waren das Sondenrohr und der Flansch innerhalb eines Monats korrodiert, und der metallische Glanz auf deren Oberflächen verschwand. Im Gegensatz dazu trat in der Heizeinrichtungen nutzenden Gasanalysevorrichtung sogar nach neun Monaten keine Korrosion in den jeweiligen Elementen auf, und der metallische Glanz auf deren Oberflächen wurde bewahrt.
2. Zweite Ausführungsform
In der ersten Ausführungsform wird der am Sondenrohr fixierte Flansch direkt an der Rohrseitenwand fixiert, aber der Montageaufbau des Flansches ist nicht speziell beschränkt.
Mit Verweis auf 4 und 5 wird eine andere Ausführungsform des Montageaufbaus des Flansches beschrieben.
Eine Gasanalysevorrichtung 1 ist an einem Anbringungsteil 52 einer Rohrseitenwand 21 angebracht, welche eine Komponente eines Abzugs 50 ist. Der Anbringungsteil 52 besteht zum Beispiel aus einem Einbaurohr 54, das an einem Montageloch 23 der Rohrseitenwand 21 angebracht ist.
Das Einbaurohr 54 ist ein zylindrisches Element mit einem Innendurchmesser, der größer als der Außendurchmesser des Sondenrohrs 11 der Gasanalysevorrichtung 1 ist, und ist an der Rohrseitenwand 21 durch Schweißen, Schrauben oder ein anderes Mittel fixiert.
Überdies ist das Einbaurohr 54 mit einem Montageflansch 55 zum Fixieren der Gasanalysevorrichtung 1 versehen, und ein Flansch 113 der Gasanalysevorrichtung 101 ist an den Montageflansch 55 geschweißt oder geschraubt, wodurch die Gasanalysevorrichtung 101 indirekt an der Rohrseitenwand 21 fixiert ist. Zwischen einem Sondenrohr 111 und dem Einbaurohr 54 ist für einen Raum 56 gesorgt.
Eine Abschirmplatte 30 ist zwischen dem so konfigurierten Sondenrohr 11 und Einbaurohr 54 vorgesehen, so dass verhindert wird, dass ein Teil des durch den Abzug 50 strömenden Probengases S in den Raum 56 strömt. Die Abschirmplatte 30 ist in der Umgebung der inneren Oberfläche 22 der Rohrseitenwand 21 positioniert. Da die Abschirmplatte 30 auf der Seite des Abzugs 50 auf solch eine Weise vorgesehen ist, wird verhindert, dass das Probengas S in den Raum 56 strömt. Die Abschirmplatte 30 ist ein scheibenförmiges Element, das an der äußeren Umfangsfläche des Sondenrohrs 111 fixiert ist, und dessen äußerer Umfangsrand in der Nähe der inneren Umfangsfläche des Einbaurohrs 54 liegt oder mit dieser in Kontakt steht. Falls sie in der Umgebung liegt, ist es vorzuziehen, dass der Spalt dazwischen im Hinblick auf ein Abschließen des Probengases S klein ist. In dem Fall, in dem sie in Kontakt steht, ist der Raum 56 abgeschirmt, so dass die Abschließwirkungen des Probengases erhöht sind.
In dem veranschaulichten Beispiel sind drei Abschirmplatten 30 in vorbestimmten Intervallen entlang der Länge des Sondenrohrs 111 angeordnet. Da die Vielzahl von Abschirmplatten 30 mit Lücken in der axialen Richtung des Sondenrohrs 111 angeordnet ist, ist es unwahrscheinlich, dass das Probengas S in den Raum 56 strömt.
Zusätzlich zur Abschirmplatte 30 kann Spülluft in den Raum 56 wie in der dritten Ausführungsform, die später beschrieben werden soll, zugeführt werden, so dass effektiver verhindert werden kann, dass das Probengas S in den Raum 56 strömt.
Mit dem obigen Aufbau wird, wie in 5 gezeigt ist, für einen ringförmigen Raum 56 zwischen der inneren Umfangsfläche des Einbaurohrs 54 und der äußeren Umfangsfläche 143 des Sondenrohrs 111 gesorgt (insbesondere der Basis, an der der Flansch 113 fixiert ist), und das Probengas S strömt eingeschränkt aus dem Abzug 50 in den ringförmigen Raum 56. Als Folge sind die äußere Umfangsfläche 143 des Sondenrohrs 111 (insbesondere die Basis, an der der Flansch 113 fixiert ist) und eine Hauptfläche 113a auf der inneren Umfangsseite des Flansches 113 und die Schweißverbindung 141 auf der Abzugsseite dem Probengas ausgesetzt.
In der vorliegenden Ausführungsform verhindert das Vorsehen der Heizeinrichtungen 31 eine Kondensatbildung im Raum 56, so dass verhindert wird, dass die oben erwähnten Teile korrodiert werden. Die Heizeinrichtungen 131 sind direkt am Flansch 113 angebracht. Konkreter beschrieben ist die Heizeinrichtung 131 im Inneren des Flansches 113 montiert. Die Heizeinrichtungen 113 sind konkreter, wie in 5 gezeigt ist, in Löchern montiert, die sich von der äußeren Umfangsfläche in Richtung auf die Mitte des Flansches 113 erstrecken. Die Art, die Anzahl, die Anordnungsposition und Steuerungsmittel der Heizeinrichtungen 131 sind die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform.
Die Gasanalysevorrichtung 101 umfasst ferner, wie in 1 gezeigt ist, ein wärmeisolierendes Element 133. Das wärmeisolierende Element 133 ist ein Element, um die Heizeinrichtung 131 und den Flansch 113 abzudecken, um diese Komponenten vor der Außenluft abzuschließen. Wie in 4 gezeigt ist, deckt das wärmeisolierende Element 133 die Heizeinrichtung 131 und den Flansch 113 ab. Außerdem deckt das wärmeisolierende Element 133 auch einen Teil des Einbaurohrs 54 ab. Das wärmeisolierende Element 133 ist durch eine Hülle 135 abgedeckt.
Das wärmeisolierende Element 133 erhöht die wärmehaltenden bzw. -speichernden Effekte im Flansch 113. Daher kann der Flansch 113 ausreichend geheizt werden, während der Heizeinrichtung 131 bereitgestellte elektrische Leistung niedrig gehalten wird.
3. Dritte Ausführungsform
Als eine weitere Ausführungsform kann zusätzlich zu den Gestaltungen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform solch eine Konfiguration, die ein Eindringen von Abgas in den oben erwähnten Raum verhindert, vorgesehen werden, indem dem Raum zwischen dem Sondenrohr und der inneren Umfangsfläche der Wand Spülgas zugeführt wird. Somit tritt die oben erwähnte Korrosion weniger wahrscheinlich auf.
Eine Zufuhr des Spülgases kann gleichzeitig mit dem Erhitzen der Heizeinrichtung durchgeführt werden oder kann durchgeführt werden, wenn ein Erhitzen durch die Heizeinrichtung nicht vorgenommen wird, zum Beispiel während eines Einbaus der Gasanalysevorrichtung.
Der Taupunkt des Probengases S kann durch Verdünnen des Probengases S mit einem Spülgas ebenfalls gesenkt werden.
4. Andere Ausführungsformen
Die Vielzahl von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde oben beschrieben; aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Modifikationen können vorgenommen werden, ohne dass sie vom Zweck der vorliegenden Erfindung abweichen. Insbesondere kann die Vielzahl von Ausführungsformen und Variationen, die hierin dargelegt sind, nach Bedarf und Belieben kombiniert werden.
Beispielsweise ist das rohrförmige Element nicht auf das Sondenrohr beschränkt. Das rohrförmige Element kann ein beliebiges Element sein, solange es einen optischen Weg einschließt, über welchen das Messlicht auf den vorbestimmten Messbereich des durch das Rohr strömenden Probengases projiziert und/oder vom Messbereich empfangen wird.
Die Gasanalysevorrichtung ist nicht auf eine beschränkt, die eine reflektierende optische Messung durchführt, und kann eine sein, die eine transmittierende optische Messung durchführt.
Die Form des Sondenrohrs ist nicht auf die oben beschriebene Gestaltung beschränkt. Dessen Form kann eine hohle Ausführung sein, durch welche Messlicht gelangen kann, und dessen Querschnitt kann eine polygonale, ovale oder beliebige Form sein, welche eine Kombination derselben ist.
Obgleich das Ziel einer Analyse der Gasanalysevorrichtung der oben erwähnten Ausführungsform ein Verbrennungsabgas ist, können es verschiedene Prozessgase und dergleichen sein.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann umfassend für Gasanalysevorrichtungen zum Analysieren der Konzentration einer vorbestimmten Komponente durch Emittieren und Empfangen des Messlichts in einem durch ein Rohr strömenden Probengas angewendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Gasanalysevorrichtung
11: Sondenrohr
13: Flansch
13a: Hauptfläche auf innerer Umfangsseite
19: Temperatur-Controller
25: Raum
27: Montageteil
31: Heizeinrichtung
33: wärmeisolierendes Element
37: wärmeisolierende Verbindungsstruktur
39: Temperatursensor
41: Schweißverbindung
43: äußere Umfangsfläche
50: Schlot bzw. Abzug
101: Gasanalysevorrichtung
111: Sondenrohr
113: Flansch
131: Heizeinrichtung
S: Probengas

Claims

Gasanalysevorrichtung, umfassend: ein rohrförmiges Element, das einen optischen Weg einschließt, über welchen Messlicht auf einen vorbestimmten Messbereich eines durch ein Rohr strömenden Probengases projiziert und/oder vom Messbereich empfangen wird; einen ringförmigen Flansch, der an einem äußeren Umfang des rohrförmigen Elements fixiert und an einer Seitenwand des Rohrs montiert ist; ein Element eines optischen Systems, das dazu eingerichtet ist, das Messlicht auf das Probengas im Messbereich zu projizieren und/oder das Messlicht vom Messbereich zu empfangen; und eine innerhalb des ringförmigen Flansches angeordnete Heizeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen fixierten Teil zwischen dem rohrförmigen Element und dem ringförmigen Flansch zu erhitzen.
Gasanalysevorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein wärmeisolierendes Element, das die Heizeinrichtung und den ringförmigen Flansch abdeckt, um die Heizeinrichtung und den ringförmigen Flansch vor Außenluft abzuschließen.
Gasanalysevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine wärmeisolierende Verbindungsstruktur, die in dem rohrförmigen Element zwischen dem ringförmigen Flansch und dem Element des optischen Systems angeordnet ist und den ringförmigen Flansch und das Element des optischen Systems verbindet, während Wärme zwischen dem ringförmigen Flansch und dem Element des optischen Systems isoliert wird.