DE1136853B - Verfahren zum Messen von Gasgemischanteilen und Einrichtungen dazu - Google Patents

Description

• Verfahren zum Messen von Gasgemischanteilen und Einrichtungen dazu Die Erfindung betrifft ein Verfahren, durch das bei einem Gasgemisch, das entweder Sauerstoff, aber kein brennbares Gas oder brennbares Gas, aber keinen Sauerstoff enthält, die Menge an Sauerstoff bzw. brennbarem Gas zu messen ist; sie betrifft ferner eine Einrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens. Die Erfindung kann beispielsweise für die Überwachung von Dampfkesselfeuerungen benutzt werden, bei denen sich in den letzten Jahren Sauerstoffmeßgeräte gegenüber den früher ausschließlich gebrauchten Kohlensäuremeßgeräten immer mehr durchsetzen.
• Derartige Sauerstoffmeßgeräte arbeiten hauptsächlich nach einem chemischen oder nach einem magnetischen Verfahren. Bei der ersteren Art wird dem Rauchgas eine Probe entnommen und diese auf Sauerstoff analysiert. Das Gerät zeigt dann den Sauerstoffgehalt an. Nach einem gewissen Zeitraum erfolgt dann eine neue Probe. Da für die Analyse eine gewisse Zeit erforderlich ist, können Proben nur nach gewissen Mindestintervallen von etwa 1 bis 2 Minuten entnommen werden. Diese Geräte eignen sich daher nicht für eine kontinuierliche Anzeige und nicht für eine Regelung. Die magnetischen Sauerstoffmeßgeräte entnehmen kontinuierlich Rauchgas und geben eine kontinuierliche Anzeige. Diese Geräte haben aber den Nachteil, daß sie so kompliziert und so teuer sind, daß sie nur in Großkesselanlagen angewandt werden.
• Die Erfindung bezweckt ein preiswertes Meßgerät, das kontinuierlich den Sauerstoff anzeigt und auch zur Regelung geeignet ist.
• Die Erfindung ist nicht nur für Rauchgasanalysen benutzbar, sondern allgemein für Gasgemische, die entweder Sauerstoff, aber kein brennbares Gas oder brennbares Gas, aber keinen Sauerstoff enthalten, mit dem Ziel, die Menge an Sauerstoff bzw. an brennbarem Gas zu messen. Gemäß der Erfindung wird dem sauerstoffhaltigen Gasgemisch eine solche Menge brennbaren Gases, z. B. Wasserstoff, zugeführt, bzw. dem sauerstofffreien Gasgemisch eine solche Menge Sauerstoff zugeführt, wie für eine vollständige Oxydation des brennbaren Gases erforderlich ist, und diese Mischung einem über eine Strecke verteiltem Stoff zugeführt, der leicht oxydierbar und leicht reduzierbar ist, so daß die Grenze zwischen oxydiertem und reduziertem Stoff physikalisch beobachtet werden kann. Die physikalische Beobachtung kann durch einen Zeiger oder durch einen Schreiber oder auf andere Weise zur Anzeige gebracht werden; sie kann aber auch dazu dienen, die Gasmenge zu steuern, die dem zu untersuchenden Gasgemisch zuzuführen ist, beispielsweise dadurch, daß die Entwicklung dieses Gases entsprechend gesteuert wird.
• Die Einrichtung zur Ausübung eines solchen Verfahrens besteht erfindungsgemäß aus einer von einem zu untersuchenden Gas durchströmbaren Säule von gasdurchlässig angeordnetem Stoff, der leicht oxydierbar und leicht reduzierbar ist, aus einer Vorrichtung, die auf den oxydierten und reduzierten Stoff meßbar verschieden reagiert und in dem Bereich der Säule angeordnet ist, in dem sich die Grenze zwischen oxydiertem und reduziertem Stoff bei der Untersuchung verschieben kann, und aus einer durch die Vorrichtung steuerbaren Zufuhr eines Gases zu dem zu untersuchenden Gas. Wesentlich ist, daß der Analysater physikalische Eigenschaften besitzt, die in oxydiertem Zustand anders sind als in reduziertem Zustand.
• Diese Eigenschaften können beispielsweise Unterschiede der elektrischen Leitfähigkeit, thermischen Leitfähigkeit, Helligkeit, Farbe, Strahlungskonstante sein. Dementsprechend kann die Vorrichtung zur Beobachtung der Grenze zwischen oxydiertem und reduziertem Zustand des Stoffes, also die Vorrichtung, die auf die entsprechende physikalische Veränderung anspricht, von verschiedener Art sein; beispielsweise kann sie aus einer Fotozelle bestehen, die die Unterschiede der Helligkeit oder der Farbe feststellt, und einen Strom erzeugt, der entsprechend verschieden ist.
• Die Vorrichtung kann aber auch z.B. aus einer an die Säule angelegten Widerstandsmeßbrücke bestehen.
• Die Vorrichtung zum Beobachten dieser physikalischen Änderung kann entweder unmittelbar oder mittelbar eine Anzeigebetätigung oder Reglerbetätigung betreiben. Eine mittelbare Anzeige kann beispielsweise in der Weise erfolgen, daß die erwähnte Beobachtungsvorrichtung die Herstellung des zuzu- setzenden Gases seiner Menge nach steuert und daß die somit veränderliche Gasmenge durch einen Gasmengenmesser angezeigt wird.
• Die Erfindung ist in der Zeichnung erläutert.
• Die Zeichnung zeigt schematisch eine Einrichtung gemäß der Erfindung.
• In einem Glasrohr 1 sind Kupferspäne in lockerer Aufschüttung enthalten. Die Späne sind in der Zeichnung durch Schraffur kenntlich gemacht. Das Glasrohr 1 besitzt im Inneren ein Rohr zur Aufnahme eines Heizleiters 2, durch den die Kupferspäne konstant auf eine Temperatur von etwa 2000 C gehalten werden können. Das untere Ende des Glasrohres 1 ist mittels einer Leitung 3 mit einem Rohr 4 verbunden, dessen Ende 5 zu der Quelle des zu analysierenden Gases führt. Das andere Ende des Rohres 4 ist mit einem Wasserstoffentwickler versehen, der hier als U-förmiges Rohr dargestellt ist, in das die Elektroden 7 und 8 hineinragen, die über einen Regler 10 mit einer Gleichstromquelle 11 verbunden sind. Die Steuerseite des Reglers 10 ist mit einer Fotozelle 12 verbunden. Das Licht einer Glühlampe 13 beleuchtet die innerhalb des Glasrohres 1 liegenden Kupferspäne und von diesen reflektiertes Licht fällt über eine Optik 14 auf die Fotozelle 12. Das obere Ende des Glasrohres 1 ist mit einer Leitung 15 verbunden, aus der das Gas aus dem Glasrohr 1 abströmt.
• Die im Glasrohr 1 vorhandenen Kupferspäne werden bei einer Temperatur von etwa 2000 C bei Anwesenheit von Sauerstoff zu Kupferoxyd oxydiert und geben bei Zufuhr von reduzierendem Gas den Sauerstoff leicht wieder ab. Je nach dem Sauerstoffgehalt des der Vorrichtung bei 5 zugeführten Gases wird daher die Grenze 16 zwischen Kupferoxyd 17 und nicht oxydiertem Kupfer 18 nach oben und unten schwanken. Die Größe dieser Schwankung gibt somit unmittelbar an, wie groß der Sauerstoffgehalt des bei 5 einströmenden, zu analysierenden Gases ist.
• Die Optik 14 ist so einstellbar, daß sie die Grenze 16 zwischen oxydiertem und nicht oxydiertem Kupfer auf die Fotozelle 12 für einen vorbestimmten Sauerstoffgehalt des das Glasrohr 1 durchströmenden Gases abbildet. Die Fotozelle 12 und die Reglervorrichtungl0 sind nun so eingestellt, daß der durch den Wasserstofferzeuger 6 fließende Strom vergrößert wird, sobald der Sauerstoffgehalt des bei 5 eingeführten Gases zunimmt, die Grenze 16 also steigt.
• Infolge der dann einsetzenden Wasserstoffentwicklung in dem Wasserstofferzeuger 6 wird der prozentuale Sauerstoffgehalt des das Glasrohr 1 durchströmenden Gases vermindert, so daß die Grenze 16 wieder absinkt. Auf diese Weise kann ohne Schwierigkeit erreicht werden, daß die Grenze 16 sich nur sehr wenig ändert und im wesentlichen konstant gehalten wird.
• Um diese Grenze konstant zu halten, muß der den Wasserstoffentwickler 6 durchfließende Strom entsprechend dem Sauerstoffgehalt des bei 5 einströmenden, zu analysierenden Gases geändert werden. Diese Anderung, die also mittelbar den Sauerstoffgehalt des zu analysierenden Gases angibt, wird vom Strommesser 9 angezeigt. Der Strommesser9 kann daher mit einer Skala versehen werden, die unmittelbar den Sauerstoffgehalt angibt, oder bei Öfen mit einer Skala versehen werden, die in üblicher Weise den prozentualen Sauerstoffgehalt gegenüber atmosphärischer Luft angibt.
• Die Zeichnung zeigt am oberen Ende des Glasrohres 1 noch eine Leitung 19, durch die ein Spülgas eingeführt werden kann, das dazu dient, den sich bei der Reduktion des Kupferoxyds 17 bildenden Wasserdampf abzuführen, und eine Kondensation, die infolge der Heraufsetzung des Taupunktes des Gasgemisches sonst u. U. eintreten könnte, zu verhindern. Wenn man bei der dargestellten Anlage die Vorrichtung 6 zum Zersetzen von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff derart anordnet, daß die Stromrichtung umgekehrt werden kann, so kann dem zu analysierenden Gas wahlweise nicht nur Wasserstoff, sondern auch Sauerstoff zugegeben werden. In diesem Fall kann die Skala des Instrumentes 9 auch negative Werte enthalten und damit neben dem Gehalt an Sauerstoff auch den Gehalt an brennbaren Substanzen anzeigen, wie dies für Ofenüberwachungsgeräte wünschenswert wäre, aber bis heute noch nicht möglich ist.
• Beim Messen des Sauerstoffgehaltes können selbstverständlich statt Wasserstoff auch andere brennbare Gase oder Dämpfe zugesetzt werden. Beispielsweise könnte für diesen Zweck Spiritusdampf benutzt werden; es könnte dann die Verdampfungswärme des Spiritus elektrisch gemessen werden, so daß die Anzeige eines solchen Meßgerätes den Sauerstoffgehalt des zu analysierenden Gases angibt. Da in diesem Fall die aufgebrachte Verdampfungswärme quadratisch mit der Stromstärke zunimmt, ergibt sich eine Skala, die im unteren Bereich auseinandergezogen ist.
• Das ist u. U. für eine genauere Messung kleinerer Werte erwünscht. Die Messung braucht nicht auf elektrischem Weg erfolgen; beispielsweise kann auch im dargestellten Beispiel die Menge oder der Druck des erzeugten Gases gemessen werden. Bei Messung der Durchflußmenge mittels einer Blende ergibt sich eine quadratische Skala, die im oberen Bereich auseinandergezogen ist und dort genauere Meßwerte ermöglicht.
• PhTBNTANSPR8CHE: 1. Verfahren, durch das bei einem Gasgemisch, das entweder Sauerstoff, aber kein brennbares Gas oder brennbares Gas, aber keinen Sauerstoff enthält, die Menge an Sauerstoff bzw. brennbarem Gas zu messen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem sauerstoffhaltigen Gasgemisch eine solche Menge brennbaren Gases, z. B. Wasserstoff, zugeführt bzw. dem sauerstofffreien Gasgemisch eine solche Menge Sauerstoff zugeführt wird, wie für eine vollständige Oxydation des brennbaren Gases erforderlich ist, und daß diese Mischung einem über eine Strecke verteiltem Stoff zugeführt wird, der leicht oxydierbar und leicht reduzierbar ist, und daß die Grenze zwischen oxydiertem und reduziertem Stoff physikalisch beobachtet wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Grenze beobachtende Vorrichtung die Zufuhr der dem zu untersuchenden Gasgemisch zuzuführenden Gasmenge steuert.

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zuzuführende Gas elektrochemisch entwickelt wird, und daß die die Grenze beobachtende Vorrichtung den zur Entwicklung dienenden Strom steuert.

   4. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine von einem zu untersuchenden Gas durchströmbare Säule von gasdurchlässig angeordnetem Stoff, der leicht oxydierbar und leicht reduzierbar ist, eine Vorrichtung, die auf den oxydierten und reduzierten Stoff meßbar verschieden reagiert und in dem Bereich der Säule angeordnet ist, in dem sich die Grenze zwischen oxydiertem und reduziertem Stoff bei der Untersuchung verschieben kann, und eine durch die Vorrichtung steuerbare Zufuhr eines Gases zu dem zu untersuchenden Gas.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule heizbar ist.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den oxydierten und reduzierten Stoff verschieden reagierendeVorrichtung eine Fotozelle ist, in deren Stromkreis die Steuerung der Zufuhr des Gases zum zu untersuchenden Gas liegt.

   7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein leicht oxydierbarer und leicht reduzierbarer Stoff benutzt wird, dessen Lichtreflektion in oxydiertem und reduziertem Zustand sehr verschieden ist.

   8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum elektrolytischen Erzeugen des zuzuführenden Gases, deren Strom von der auf den oxydierten und reduzierten Stoff verschieden reagierenden Vorrichtung gesteuert wird.

   9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule im wesentlichen senkrecht angeordnet ist.

   10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in das Auslaßende der Säule eine weitere Gaszufuhr mündet.