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Oasansaug-Pyrometerrohr Thermoelektrische Pyrometer, durch die die
zu messenden Gase gesaugt werden, finden in der Technik häufig Verwendung, wenn
man die Temperatur sehr heißer Gase messen muß, wie es z.B. bei den Flammengasen
von Feuerungen der Fall ist.
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Das Problem bei derartigen thermoelektrischen Pyrometern besteht
darin, daß die eine Lötstelle im Bereich des Gasstromes angeordnet sein muß, um
dessen im allgemeinen veränderliche Temperatur anzunehmen, während die andere sogenannte
»kalte« Lötstelle durch Kühlung auf einer möglichst konstanten Temperatur gehalten
werden muß.
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Kühlmaßnahmen für die kalten Lötstellen von mit Thermoelementen bestückten
Thermometern sind an sich bekannt. Diese werden beispielsweise am Anschlußkopf mit
Hilfe von die Anschlußklemmen durch- oder umfließenden Leitungen gekühlt.
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Ein weiteres bekanntes Pyrometer umfaßt im wesentlichen eine zentral
angeordnete Hülse, die das Thermoelement enthält, ein konzentrisch angeordnetes
Rohr für die Ansaugung der Gase und zwei weitere konzentrisch angeordnete Rohre
für den Umlauf des Kühlwassers. Die Verbindungsstelle zwlschen den Thermoelementdrähten
und den Kompensationsdrähten liegt dabei jedoch außerhalb des Pyrometerrohres, was
einen sehr langen und deshalb sehr teuren Thermoelementdraht, meist aus Platin,
erforderlich macht.
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Die Erfindung geht aus von einem Pyrometerrohr mit einer Thermometerhülse,
welches die klassische Anordnung dreier konzentrischer Rohre aufweist, die (von
innen nach außen) zur Gasentnahme, zur Wassereinleitung und zur Wasserableitung
dienen. Es ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen
den zu den Kompensationsdrähten vergleichsweise kurzen Thermoelementdrähten und
den Kompensationsdrähten durch eine Neigung der Thermoelementhülse und der diese
umschließenden feuerfesten Abschirmung zur Längsachse des Pyrometerrohres in die
unmittelbare Nähe der Kühlwassermäntel verlegt ist und daß die Kompensationsdrähte
in einem der Kühlwassermäntel zum Anschlußkopf geführt sind.
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Dieses Pyrometerrohr zeichnet sich durch eine gänzlich neue Konzeption
aus. Es enthält keine Überkreuzungen von Gas- und Wasserstrom, umfaßt nur leicht
herstellbare und leicht zu reinigende Teile und gestattet einen leichten Ausbau
des Thermoelementes durch die Stirn des Rohres.
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Auch ist ein Meßkopf für eine Thermoelementanordnung bekannt, bei
dem die Thermoelementschenkel bzw. deren Verlängerungen von einem be-
stimmten Abstand
von der Meßstelle ab schräg geführt sind; bei der bekannten Anordnung handelt es
sich jedoch um eine rein bauliche Maßnahme zur Einsparung von Durchführungsöfinungen
und zur Vermeidung einer doppelten Isolation. Eine Kühlung ist dort nicht vorgesehen.
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Anläßlich der Arbeiten des »Comite International d'Etudes sur le
Rayonnement des Kammes« hat man vorgeschlagen, die Verbindungsstelle zwischen den
Thermoelementdrähten und den Kompensationsdrähten in den Kopf der Sonde zu verlegen.
Welche Vorteile dies habe, wurde von R. K i 5 5 e 1 in seiner Mitteilung: »Evolution
des appareils et des methodes de mesures mis au point par le Comite depuis 1953.
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Mesures de vitesses et des temperatures. Prelevements de gaz et de
carbone«, kurz dargelegt, die am zweiten Tag der Arbeiten über Flammen, am 6. Dezember
1955, in Paris gegeben wurde.
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Die verschiedenen Konstruktionsvorschläge haben gemeinsam, daß die
Gase durch einen ringförmigen Raum abgezogen werden, der einen Wassermantel umgibt,
welcher seinerseits eine die Kompensationsdrähte enthaltende Hülse umschließt. Die
Gasdurchgänge solcher Konstruktionen sind jedoch schlecht zu reinigen. Ferner ist
der Durchmesser der so erhaltenen Pyrometerrohre größer als bei klassischen Konstruktionen.
Schließlich ist auch der Ausbau des Thermoelementes nicht mit der Einfachheit möglich,
die bei Konstruktionen mit kurzen Thermoelementen erreicht werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Verbindung
zwischen den Thermoelementdrähten und den Kompensationsdrähten in einer Metallmuffe
angeordnet, die Kanäle für den Durchtritt des Wassers und des Gases aufweist. Hierbei
liegen die Wasserkanäle in der Fluchtlinie der konzentrischen Rohre für den Kühlwasserumlauf
des Pyrometerrohres, während die Gaskanäle parallel zur Richtung des zentralen Rohres
für die Gasentnahme angeordnet sind.
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Einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung gemäß wird die Verbindung
zwischen den Thermoelementdrähten und den Kompensationsdrähten durch einen koaxialen
Verbindungsstecker hergestellt, der so gestaltet ist, daß er von der Stirnseite
des Pyrometerrohres her in einen zu diesem Zweck vorgesehenen Sitz in der Muffe
eingeführt werden kann.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. In der Zeichnung stellt dar Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein
Pyrometerrohr nach der Erfindung, Fig. 2 und 3 Querschnitte durch das gleiche Rohr,
und zwar nach den Linien II-II bzw. III-III von Fig. 1.
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Der Hauptkörper des Pyrometerrohres umfaßt ein Gasentnahmerohrl,
das von einem ersten Wassermantel2 umgeben ist. Dieser ist seinerseits von einem
zweiten Wassermantel 3 umgeben, der als Außenumkleidung dient. Die beiden Wassermäntel
2 und 3 stehen am vorderen Ende des Pyrometerrohres miteinander in Verbindung. Dieses
Ende wird durch eine Stirnwand verschlossen, die als schrägstehendes Teil 4 ausgebildet
und mit einem Gewinde versehen ist, sowie durch Vermittlung der Muffe 14, die im
einzelnen weiter unten beschrieben wird. Zwei Leitungen 5 a und 5 b gestatten es,
die Wassermäntel 2 und 3 mit dem äußeren Kühlwasserkreislauf zu verbinden. In Fig.
2 sieht man den Querschnitt des Hauptkörpers des Pyrometerrohres in der Ebene II-II
von Fig. 1.
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Das Thermoelement 6 liegt in einer feuerfesten Hülse 7, die ihrerseits
durch eine doppelte feuerfeste Abschirmung 8 des klassischen Typs vor der Strahlung
geschützt ist. Sie wird von dem Gewindering 9 gehalten, der in das Gewinde des schrägstehenden
Stirnteiles 4 des Pyrometerrohres eingeschraubt ist.
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Die warme Schweißstelle des Thermoelementes liegt bei 6 a, während
die Kompensationsverbindungsstelle bei 6 b liegt, bis zu der die Hülse 7 reicht.
Das äußere Ende 6b des Thermoelementes 6 ist mit einem koaxialen Anschlußstück 10
verbunden. An das andere Ende dieses koaxialen Anschlußstückes 10 sind die Kompensationsdrähte
11 angeschlossen. Diese Drähte 11 liegen in einem kleinen Rohr 12, das die Muffe
14 in der Achse des Sitzes 15 verläßt. Es findet vom Knie 12 a ab seinen Platz in
dem Wasserraum des äußeren Kühlmantels, bis es den Mantel3 an seinem äußersten Ende
3 a schließlich verläßt. Die Kompensationsdrähte 11 führen zu einem Klemmenpaar
13, an das man das Meßgerät anschließen kann.
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Man verläßt den Rahmen der Erfindung nicht, wenn man die Kompensationsdrähte,
abgesehen von der Isolierung und Abdichtung, ohne Schutz in dem einen oder dem anderen
der beiden Wassermäntel verlaufen läßt.
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Im nachfolgenden wird die Muffe 14, in der die Kompensationsverbindung
liegt, in ihren konstruktiven Einzelheiten genauer beschrieben. Diese Einzel-
heiten
sind aus Fig. 1 und aus dem Schnitt nach der Linie III-III von Fig. 1, der in Fig.
3 dargestellt ist, ersichtlich. Die Muffe umfaßt einen geneigten Sitz 15 für das
koaxiale Anschlußstück 10. Die Wand dieses Sitzes 15 ist so gestaltet, daß das koaxiale
Anschlußstückl0 gleichzeitig mit der Einheit, die von dem Thermoelement 6 und der
Hülse 7 gebildet wird, nach vorn aus dem Rohr herausgezogen werden kann.
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Die Achse des Sitzes 15 liegt in der Achse der doppelten feuerfesten
Abschirmung 8, und zwar derart, daß sich die Thermoelementhülse bequem auf diese
gemeinsame Achse bringen läßt. Die Muffe 14 besitzt ferner eine axiale Bohrung 16,
die mit mehreren Längsbohrungen 17 in Verbindung steht. Die Gesamtheit dieser Bohrungen
stellt die Verbindung der Gasentnahmeröhre 1 mit dem zentralen Rohrteil 18 der Muffe
14 her, das an das geneigte Stirnteil 4 angeschweißt ist. Dieses Rohrteil 18 steht
mit den Gasansaugkanälen der doppelten feuerfesten Abschirmung 8 in Verbindung.
Die Hülse 14 umfaßt ferner Längsbohrungen 19, deren Zweck es ist, die Verbindung
zwischen dem Kühlmantel 2 und des weiter unten erläuterten Rohres 21 herzustellen.
Die Muffe 14 wird schließlich durch kleine Rippen 20 zentrisch innerhalb des Mantels
3 gehalten. Das Rohr 21 bildet eine Verlängerung der Muffe, um die Leitungen für
die Zu- und Ableitung des Wassers am Vorderende des Pyrometerrohres zu trennen.
Das Rohr 21 verläuft an seinem äußeren Ende 21 a geneigt, und zwar in der Neigung
der doppelten feuerfesten Abschirmung 8. Man verändert die Konzeption der ganzen
Vorrichtung nicht, wenn man die Bohrungen 17 und 19 durch längliche Ausnehmungen
ersetzt, deren Form derart ist, daß sie die gleichen Verbindungen wie die Bohrungen
17 und 19 sicherstellen. Die Bohrungen werden nur wegen der Einfachheit der Herstellung
bevorzugt.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Die angesaugten Gase
werden durch die Kanäle der doppelten feuerfesten Abschirmung geführt. Hier bestreicht
ein Teil dieser Gase die ganze Länge der Hülse 7 des Thermoelementes, strömt durch
das zentrale Rohrteil 18 in das Pyrometerrohr, passiert die Bohrungen 17 und 16
und gelangt in das Gasentnahmerohr 1. Der Wasserumlauf wird durch die Leitung 5
a gespeist. Das Wasser strömt also im Mantel 3 bis zum Gewindeteil4, tritt in das
Innere des Rohres 21 ein, durchquert die Muffe 14 in den Bohrungen 19, gelangt in
den Mantel 2 und tritt schließlich durch die Leitung 5b aus. Der Weg kann auch in
umgekehrter Richtung durchlaufen werden.
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Man erkennt, daß die nach der Erfindung vorgesehenen Anordnungen
eine gute Kühlung der Kompensationsverbindungsstelle sichern. Es kann jedoch der
Fall eintreten, daß man unter sehr strengen Versuchsbedingungen eine noch bessere
Kühlung sicherzustellen wünscht. Es ist dann sehr leicht, einen Teil der Kompensationsdrähte
durch Platindraht zu ersetzen, und zwar so, daß die Drähte 11 vom Anschlußstück
10 ab bis zu irgendeinem Punkt des Rohres 12, z. B. in der Nähe des Knies 12 a,
aus Platin bestehen und dort an die Kompensationsdrähte angeschlossen sind. Mit
Hilfe dieses Kunstgriffes erreicht man eine kräftige Kühlung der Kompensationsverbindungsstelle
auf eine genau kontrollierbare Temperatur, ohne daß die Vorrichtung einen ihrer
ursprünglichen Vorzüge, durch die sie sich auszeichnet, verliert.
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Der Ausbau des elektrischen Teils der Vorrichtung zwecks Austausch
des Thermoelementes oder Wartung ist höchst einfach. Man zieht das Thermoelement
nach vorn heraus, nachdem man den Gewindering 9 abgeschraubt und die doppelte feuerfeste
Abschirmung 8 entfernt hat, die von dem Gewindering 9 und von einer Asbestdichtung
22 gehalten wird. Zu diesem Zweck übt man auf die Hülse 7 einen Zug aus, so daß
das Thermoelement sich von dem koaxialen Anschlußstück löst. Man kann dann, wenn
man dies wünscht, die Bohrungen 17 durch einfaches Ausbürsten bequem reinigen. Was
den Kompensationsdraht 11 anbetrifft (mit seiner eventuellen Platinverlängerung),
so läßt sich dieser wie folgt herausziehen: Zuerst zieht man mit Hilfe eines geeigneten
Werkzeuges das koaxiale Anschlußstück 10 nach vorn heraus, löst dann die Verbindung
zwischen Draht 11 und Anschlußstück 10 und zieht den Draht schließlich ganz heraus,
indem man von einem der Enden des Pyrometerrohres einen Zug ausübt. Die umgekehrten
Maßnahmen gestatten die Installierung eines neuen Kompensationsdrahtes 11 in die
Vorrichtung und anschließend den Wiedereinbau des Thermoelementes 6 sowie der doppelten
feuerfesten Abschirmung 8.
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Wie man sieht, überschreitet ein nach der Erfindung konstruiertes
Pyrometerrohr weder im Platzbedarf noch im Gewicht die klassischen Pyrometerrohre,
und der Ausbau oder Wechsel des Thermoelementes von der Stirnseite des Rohres her
ist von großer Einfachheit. Man sieht ferner, daß das erfindungsgemäße Pyrometerrohr
nur Teile umfaßt, die leicht herzustellen sind, und zwar fast ausschließlich durch
Bohren, Drehen, Gewindeschneiden usw.
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Dadurch werden die Fabrikation, die Montage, der Ausbau und die Reinigung
sehr erleichtert. Alle Mittel der Erfindung tragen auf bestimmte Art dazu bei, daß
man die Kühlung der Kompensationsverbin dungsstelle im Kopf des Pyrometerrohres
bewirken kann und dadurch die erreichbaren Vorteile wahrt, insbesondere die Benutzung
eines kurzen und leicht auszubauenden Thermoelementes.