DE19632847C2

DE19632847C2 - Gas-Analysegerät

Info

Publication number: DE19632847C2
Application number: DE19632847A
Authority: DE
Inventors: Naohito Shimizu; Shigeyuki Akiyama; Masahiko Fujiwara; Satoshi Inoue; Takuji Oida
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1995-08-24
Filing date: 1996-08-14
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2016-08-15
Also published as: US5780716A; JPH0961354A; JP3299089B2; DE19632847A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gas-Analysegerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie aus DE 29 00 624 A1 bekannt.

Bekannt sind beispielsweise ein Gas-Analyseverfahren mittels ultraviolettem Licht (NDUV-Verfahren) und das Gas-Analyseverfahren mittels infrarotem Licht (NDIR-Verfahren). Das NDUV-Verfahren bedient sich des Merkmals, dass ein zu analysierendes Gas in einem intrinsischen Wellenlängenbereich ultra violette Strahlen absorbiert. Das NDIR-Verfahren nutzt die Kenntnis, dass ein zu analysierendes Gas in einem intrinsischen Wellenlängenbereich infrarote Strahlen absorbiert.

Bei dem NDUV-Verfahren, das schematisch in Fig. 4 gezeigt ist, werden ein elektromagnetisches Ventil 12 in einer Gasprobenzuleitung 1 und ein weiteres elektromagnetisches Ventil 14 in einer Vergleichsgaszuleitung 3 angeordnet. Die Gasprobe und das Vergleichsgas werden in ein NDUV-Gas-Analysegerät 6 geleitet, das eine ultraviolette Strahlenquelle, einen Filter und einen Detektor enthält, und in dem zur qualitativen oder quantitativen Analyse des einge leiteten Gases das ultraviolette Absorptionsspektrum analysiert wird.

Für das NDIR-Verfahren, das schematisch in Fig. 3 veranschaulicht ist, sind ein elektromagnetisches Ventil (Dreiwegventil) 2 in einer Gasprobenzuleitung 1 und ein elektromagnetisches Ventil (Dreiwegventil) 4 in einer Vergleichsgas zuleitung 3 angeordnet. Weiterhin sind Zuleitungen 5 und 7 so angeordnet, dass die Gasprobe und das Vergleichsgas über die Ventile 2 und 4 in die ande ren Zuleitungen strömen können. Dadurch werden die Gasprobe und das Ver gleichsgas abwechselnd an einen NDIR-Gasanalysator 8 geführt, der eine Infrarotstrahlenquelle, eine Probenzelle, einen Filter und einen Detektor ent hält. Zur qualitativen oder quantitativen Analyse des eingeleiteten Gases wird das infrarote Absorptionsspektrum analysiert.

Es war bisher oft so, dass zur Analyse einer Gasprobe mittels verschiedener Messverfahren einzelne Gasprobenzuleitungen zu separaten Einheiten aufge baut wurden und für jedes Objektgas ein Gas-Analysegerät benutzt wurde.

Jedoch waren zum Beispiel zur Analyse von schwefliger Säure (SO₂) durch das NDUV-Verfahren und Kohlenmonoxid (CO) durch das NDIR-Verfahren zwei Gas-Analysegeräte notwendig, um beispielsweise das Rauchgas eines Schorn steins zu analysieren, das sowohl SO₂- als auch CO-Gas enthält. Die Analyse musste separat durchgeführt werden. Hier mussten die Rohrleitungen und Bauteile in der Einheit dieser Gas-Analysegeräte für jedes zu messende Gas mit entsprechenden Mehrkosten zusammengestellt und zusammengebaut werden. Bei den tatsächlichen Messungen muss zusätzlich der Platz für die Mehrzahl von Gas-Analysegeräten vorhanden sein.

Aus der eingangs genannten DE 29 00 624 A1 ist ein Gas-Analysegerät der eingangs genannten Art bekannt. Dieses Gas-Analysegerät weist dabei zwei einer Umschalteinrichtung nachgeschaltete Gasfluss-Modulations-Analysatoren auf.

Weiterhin ist aus Herbert Schütz, Gasanalytische Überwachung von Müll verbrennungsanlagen, Einzelbericht L 3379 zu H & B messwerte, Hartmann & Braun AG, Frankfurt, Impressum L 3379/639/10.69/Kr, eine Messanordnung für Rauchgasanalyse in Müllverbrennungsanlagen bekannt, bei der mehrere Messkammern für SO₂-CO, O₂, NO und NO₂ in Reihe geschaltet sind.

Aus der DE 32 30 976 C2 ist es bekannt, bei der Abgasanalyse eine Mess kammer nur im Bedarfsfall von dem zu untersuchenden Gas durchströmen zu lassen.

Schließlich ist aus tm - Technisches Messen, 50, 1983, Seiten 423-428, ein Rauchgas-Analysegerät bekannt, mit dem sich zwei Gase unabhängig vonein ander analysieren lassen, wodurch gegenüber Einzelgeräten nicht unbedeu tende Platz- und Kostenvorteile erzielt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gas-Analysegerät zu schaffen, das sich durch eine hohe Ausfallsicherheit auszeichnet und bei dem ein Fehlverhalten ohne weiteres frühzeitig zu erkennen ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Gas-Analysegerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü chen.

Das erfindungsgemäße Gas-Analysegerät kann zwei oder mehr Gasarten analy sieren, wobei sich die Anzahl der Bauteile und damit die Kosten reduzieren lassen und bei der Installation Platz eingespart werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Gas-Analysegerät ist also ein erster Gasanaly sator jeweils in der Gasprobenzuleitung und der Vergleichsgaszuleitung vorhanden, wobei die Gasprobe und das Vergleichsgas entweder über einen ersten Gasanalysator oder über einen anderen ersten Gasanalysator an einen zweiten Gasanalysator geleitet werden.

Ein solches Analysegerät verwendet ein physikalisches Messverfahren, das keine Änderungen in der Gasprobe verursacht. Auch können mehrere Gas analysatoren hoher Empfindlichkeit für verschiedene Komponenten in einer Gasprobenzuleitung und Vergleichsgaszuleitung zusammengestellt werden, wodurch zwei oder mehr Komponenten der Gasprobe gleichzeitig analysiert werden können.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen, die auch herkömmliche Analysatoren zeigen, in beispielsweisen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm des Aufbaus eines für das Verständnis der Erfin dung nützlichen Gas-Analysegeräts;

Fig. 2 ein Diagramm des Aufbaus einer Ausführungsform eines Gas- Analysegeräts nach der Erfindung;

Fig. 3 ein Diagramm eines beispielhaften Aufbaus eines herkömmlichen Infrarot-Gas-Analysegeräts nach dem NDIR-Verfahren;

Fig. 4 ein Diagramm eines beispielhaften Aufbaus eines herkömmlichen Ultraviolett-Gas-Analysegeräts nach dem NDUV-Verfahren.

Fig. 1 zeigt einen Aufbau eines Gas-Analysegeräts, wobei, um eine wiederho lende Beschreibung zu vermeiden, die gleichen Bauelemente, die auch ein gangs im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben wurden, mit den gleichen Referenzzeichen versehen sind.

Dieses Gas-Analysegerät beinhaltet einen Analysator vom Gasfluss-Modulations-Analysator-Typ, bei dem eine Gasprobe und ein Vergleichsgas abwechselnd zugeführt werden, und ein elektromagnetisches Gasumschaltventil (Dreiwegventil) 2 in einer Gasproben zuleitung 1 angeordnet ist, in der weiter eine kleinvolumige Probenzelle 6b eines Ultraviolett-Analysators (nachfolgend als NDUV-Gasanalysator 6 bezeich net) und eine Probenzelle 8b eines Nicht-Dispersiven-Infrarot-Analysators vom Gasfluss-Modulations-Analysator-Typ hoher Empfindlichkeit (nachfolgend als NDIR-Gasanalysator 8 bezeichnet) angeordnet sind. In einer Vergleichsgaszuleitung 3 sind ein elektromagne tisches Gasumschaltventil (Dreiwegventil) 4 und eine weitere Probenzelle 8b' des NDIR-Gas-Analysators 8 angeordnet.

An einem Anschluss 2a des elektromagnetischen Gasumschaltventils 2 ist eine Leitung 5 angeschlossen, die mit der Vergleichsgaszuleitung 3 verbunden ist, und am Anschluss 4a des elektromagnetischen Gasumschaltventils 4 ist eine Leitung 7 angeschlossen, die mit der Gasprobenzuleitung 1 verbunden ist. Bei einem entsprechenden Betrieb des elektromagnetischen Gasumschaltventils 2 wird die Gasprobe abwechselnd in die Gasprobenzuleitung 1 und die Vergleichsgaszuleitung 3 geleitet. Nach dem gleichen Verfahren wird das Vergleichsgas abwechselnd in die Vergleichsgaszuleitung 3 und die Gasproben zuleitung 1 geleitet, wenn das elektromagnetische Gasumschaltventil 4 entsprechend betrieben wird.

Der NDUV-Gasanalysator 6 enthält eine ultraviolette Lichtquelle 6a, eine Probenzelle 6b und einen Detektor 6c (Filter und andere Bauteile sind nicht gezeigt). Indem abwechselnd die Gasprobe und das Vergleichsgas in die Probenzelle 6b geleitet werden, kann die ultraviolette Strahlenabsorption der Zielkomponente in der Gasprobe (zum Beispiel SO₂) gemessen werden. Der NDIR-Gasanalysator 8 enthält infrarote Lichtquellen 8a, 8a', Probenzellen 8b, 8b' und einen Detektor 8c (Filter und andere Bauteile sind nicht gezeigt). Indem die Gasprobe und das Vergleichsgas abwechselnd in die beiden Proben zellen 8b und 8b' geleitet werden, kann die infrarote Absorption der Zielkom ponente in der Gasprobe (zum Beispiel CO) gemessen werden. Natür lich können anstelle der elektromagnetischen Gasumschaltventile 2, 4 auch rotatorische Ventile eingesetzt werden, um die Gase an den NDUV-Gasanaly sator 6 und den NDIR-Gasanalysator 8 zu leiten.

In dem so aufgebauten Gas-Analysegerät kann das Gas mit einem Absorptions band in einem spezifischen Wellenlängenbereich ultravioletter Strahlen in dem NDUV-Gasanalysator 6 analysiert werden, indem eine Gasprobe durch die Gasprobenzuleitung 1 und ein Vergleichsgas durch die Vergleichsgaszuleitung 3 zugeführt werden, wenn die elektromagnetischen Gasumschaltventile 2 und 4 entsprechend in Betrieb genommen werden, während gleichzeitig durch die Benutzung der Gasprobe und des Vergleichsgases das Gas mit einem Absorp tionsband in einem spezifischen Wellenlängenbereich infraroter Strahlen in dem NDIR-Gasanalysator 8 gemessen werden kann.

Fig. 2 zeigt einen Aufbau einer Ausführungsform eines Gas-Analysegeräts nach der Erfindung.

In dieser Ausführungsform des Gas-Analysegeräts ist der NDUV-Gasanalysator 6 in der Gasprobenzuleitung 1 angeordnet, in der auch eine Probenzelle 8b des NDIR-Gasanalysators 8 vorgesehen ist. Weiter ist in der Vergleichsgaszuleitung 3 ein NDUV-Gasanalysator 6 angeordnet, in der auch die andere Probenzelle 8b' des NDIR-Gasanalysators 8 vorgesehen ist. Mit dieser Kombination können verschiedene Typen von Gaskomponenten mit einem Absorptionsband im Wellenlängenbereich ultravioletter Strahlen durch die beiden NDUV-Gasanaly satoren 6 und 6 gemessen werden, während gleichzeitig Gaskomponenten mit einem Absorptionsband im Wellenlängenbereich infraroter Strahlen durch den NDIR-Gasanalysator 8 gemessen werden können. Durch die Benutzung von zwei NDUV-Gasanalysatoren 6 und 6 kann immer einer zur Analyse eingesetzt werden, auch wenn der andere ausfällt. Weiter kann ein Fehlverhalten früh erkannt werden, wenn die numerischen Werte der beiden NDUV-Gasanalysa toren 6 und 6 bei der Messung desselben Gases unterschiedlich sind. Außer dem können diese beiden NDUV-Gasanalysatoren 6 und 6 miteinander kali briert werden, indem ein den Messbereich abdeckendes Gas benutzt wird, wodurch die Zuverlässigkeit des Analysegeräts sichergestellt wird.

So sind bei einem Gas-Analysegerät in der Gasproben zuleitung und der Vergleichsgaszuleitung, in denen auch ein NDIR-Gasanaly sator 8 vorgesehen ist, ein bzw. mehrere NDUV-Gasanalysator(en) 6 (6) angeord net. Weiter können auch in einer oder beiden Leitungen der Gasproben zuleitung 1 und der Vergleichsgaszuleitung 3 drei, vier oder mehr NDUV-Gas analysatoren 6 angeordnet werden. Der Infrarot-Gasanalysator, wie zum Beispiel der NDIR-Gasanalysator 8, kann auch mehrfach vorhanden sein. Dadurch können durch die gleichzeitige Anordnung mehrerer NDUV-Gasanaly satoren 6 und mehrerer NDIR-Gasanalysatoren 8 viele Komponenten einer Gasprobe gleichzeitig mit Analysatoren einer hohen Empfindlichkeit analysiert werden.

Es können ausser einer Kombination von NDIR- und NDUV-Gasanalysa toren auch chemische Lumineszenz-Gasanalysatoren (CLD), Hydrogen-Ionisations-Gasanalysatoren (FID), Ultraviolett-Fluoreszenz- Gasanalysatoren (UVF), magnetische Sauerstoffmesser und andere Geräte ein gesetzt werden. Das Gas-Analysegerät, das durch das abwechselnde Zuführen einer Gasprobe und eines Vergleichsgases Messungen durchführt, wird in jeder Kombination realisiert. Jedoch ist der als erstes in der Zuleitung angeordnete Analysator, der als erstes misst, auf ein Messverfahren beschränkt, durch das die Gasprobe oder das Vergleichsgas nicht durch eine chemische Reaktion oder ähnliches verändert wird.

Mit dem Gas-Analysegerät, das hier beschrieben wurde, können verschiedene Gaskomponenten gleichzeitig analysiert werden, wenn darin Gasanalysatoren mit unterschiedlichen Messprinzipien eingesetzt werden. Bis jetzt wurden für verschiedene Analyseverfahren verschiedene Gas-Analysegerä te benutzt. Mit dem beschriebenen Gas-Analysegerät reicht jedoch ein Gas- Analysegerät aus, wodurch die Anzahl der Teile verringert wird und die Herstellungskosten gesenkt werden. Gleichzeitig wird sonst bei der Gasanalyse benötigter Installationsplatz eingespart. Weiterhin kann die Analyse bei Ausfall eines Gasanalysators fortgesetzt werden, oder es kann ein defekter Analysator sofort erkannt werden, wenn mehrere Gasanalysatoren des gleichen Typs be nutzt werden.

Claims

1. Gas-Analysegerät für eine Gasprobe mit einem Gasfluß-Modulations- Analysator nach dem NDIR-Verfahren, mit

1. einer Lichtquelle,
2. einer Umschalteinrichtung zur wechselweisen Zuführung der Gasprobe sowie des Vergleichsgases in die Probenzellen des Gasfluß- Modulations-Analysators von einer Gasprobenzuleitung und einer Ver gleichsgaszuleitung über jeweils eine Gaszuleitung, und
3. einem Detektor,

dadurch gekennzeichnet, daß

1. in jeder der Gaszuleitungen ein NDUV-Gasanalysator (6, 6) mit einer Lichtquelle (6a, 6a), einer Probenzelle (6b, 6b) und einem Detektor (6c, 6c) angeordnet ist.

2. Gas-Analysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weitere NDUV-Gasanalysatoren (6, 6) in den Gaszuleitungen vorgesehen sind.

3. Gas-Analysegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Gasfluß-Modulations-Analysatoren (NDIR-Gasanalysatoren 8) vorgesehen sind.