DE19722904C2

DE19722904C2 - Cold trap for measuring gas containing water vapor

Info

Publication number: DE19722904C2
Application number: DE1997122904
Authority: DE
Inventors: Martin Baecke; Heinz Gatzmanga
Original assignee: M & R Mes und Regelungstechnik
Current assignee: M & R Mes und Regelungstechnik
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 1999-11-11
Anticipated expiration: 2017-05-30
Also published as: DE19722904A1

Abstract

Meßgase von IR-Analysatoren werden zuvor in Kältefallen von erheblichen Teilen des enthaltenen Wasserdampfes befreit. In Kältefallen wird meist eine stehende Kühlstrecke verwendet, in der das Kondensat am unteren Ende abläuft. In Meßschränken ist der vorhandene Raum insbesondere in der Höhe begrenzt. Erfindungsgemäß wird die Kühlstrecke so stark geneigt im Gerät eingebaut, daß das Kondensat ablaufen kann, sich jedoch mehrere Einbaulagen für das Gerät ergeben, wobei mindestens eine Einbaulage stark verringerten Höhenbedarf aufweist.Sample gases from IR analyzers are previously freed of significant parts of the water vapor contained in cold traps. In cold traps, a standing cooling section is usually used, in which the condensate runs off at the lower end. In measuring cabinets, the available space is particularly limited in height. According to the invention, the cooling section is installed so inclined that the condensate can drain, but there are several installation positions for the device, at least one installation position having a greatly reduced height requirement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kältefalle für wasserdampfhaltiges Meßgas gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.The invention relates to a cold trap for water vapor-containing measuring gas according to the preamble of the claim.

Infrarotanalysatoren und andere Konzentrationsmeßeinrichtungen benötigen gereinigtes und getrocknetes Meßgas. Insbesondere ist die Bildung von Kondensat in einer optischen Meßstrecke sowie hohe Wasserdampfkonzen tration zu vermeiden, da sonst Meßfehler auftreten. Üblicherweise darf das Meßgas einen Taupunkt im Bereich 2-5°C aufweisen. Dieser wird z. B. erreicht, indem das Meßgas in einer Kältefalle abgekühlt wird. Der im Gas enthaltene Wasserdampf kondensiert zum großen Teil aus, so daß der Solltaupunkt er reicht wird. Die Kältefallen bestehen neben einem Kühlaggregat oder einer anderen Kühleinrichtung mit der Funktion einer Wärmepumpe, die die Wärme energie vom Meßgas zur Umgebung überträgt, u. a. aus einer Kühlstrecke, in nerhalb derer die Abkühlung des Meßgases erfolgt, der erforderlichen Regel einrichtung und Stromversorgung sowie einem Kühlprofil, wobei alle Teile in oder an einem Gehäuse befestigt sind.Infrared analyzers and other concentration measuring devices need cleaned and dried sample gas. In particular, the formation of Condensate in an optical measuring section as well as high water vapor concentrations Avoid tration, otherwise measurement errors occur. Usually this is allowed Sample gas has a dew point in the range 2-5 ° C. This is z. B. reached by cooling the sample gas in a cold trap. The one contained in the gas Water vapor condenses to a large extent, so that the target dew point is enough. The cold traps exist alongside a cooling unit or one another cooling device with the function of a heat pump that takes the heat transfers energy from the sample gas to the environment, u. a. from a cooling section, in within which the cooling of the sample gas takes place, the required rule equipment and power supply and a cooling profile, with all parts in or are attached to a housing.

Die Kühlstrecke muß eine möglichst große wärmetauschende Fläche aufweisen und das Ablaufen des Kondensates ermöglichen. Damit die Kühlstrecke auch gereinigt werden kann, sowie aus Gründen einfacher Fertigung, hat die Kühl strecke meist einen kreisförmigen Querschnitt und kann grob als stehendes Rohr beschrieben werden. Die Kältefalle wird häufig in Meßschränken oder Meßkoffern eingebaut. Damit sind ihrer geometrischen Ausdehnung Grenzen gesetzt. Insbesondere in Meßschränken ist die Höhe des Gerätes hinderlich. Jedoch muß die Kühlstrecke eine gewisse Länge aufweisen, um die notwendi ge Wärmeübertragungsfläche zu realisieren. Der Durchmesser der Kühlstrecke ist nur begrenzt vergrößerbar, weil damit das Volumen der Kühlstrecke und so die Verweilzeit des Meßgases schnell ansteigt. Dadurch verliert die Messung an Aktualität. Günstig ist also, eine lange, aber relativ dünne Kühlstrecke zu reali sieren. Nicht in jedem Anwendungsfall, besonders bei Nachrüstungen, ist der vorhandene Platz mit dem Format der Kältefalle passend. Problematisch ist dabei, daß eine bestimmte Einbaulage unbedingt beibehalten werden muß, um den Kondensatabfluß zu gewährleisten.The cooling section must have the largest possible heat-exchanging surface and allow the condensate to drain. So that the cooling section too can be cleaned, as well as for reasons of simple production, has the cooling stretch mostly a circular cross section and can roughly as standing Pipe are described. The cold trap is often in measuring cabinets or Measuring cases installed. So there are limits to their geometric dimensions set. The height of the device is particularly difficult in measuring cabinets. However, the cooling section must have a certain length in order to meet the requirements to realize ge heat transfer surface. The diameter of the cooling section can only be enlarged to a limited extent because it means the volume of the cooling section and so on the dwell time of the sample gas increases rapidly. As a result, the measurement loses Timeliness. It is therefore beneficial to realize a long but relatively thin cooling section sieren. Not every application, especially when retrofitting, is the available space with the format of the cold trap. Is problematic that a certain installation position must be maintained in order to to ensure the drainage of condensate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Kühlstrecke von Kältefallen für Meßgase bezogen auf das Gehäu se so anzuordnen, daß die erforderliche Wärmeübertragungsfläche realisiert wird, jedoch auch mehrere Einbaulagen des Gerätes ermöglicht werden.The invention is based on the object Basically, the cooling section of cold traps for sample gases related to the housing to be arranged so that the required heat transfer surface is realized will, however, also allow multiple installation positions of the device.

Es ist bekannt, daß fertigungsbedingt die Kühlstrecke in konventionellen Gerä ten geringfügig von der Senkrechten abweichen kann. Dies wird als nicht funktionsstörend hingenommen, ist jedoch weder beabsichtigt, noch wird damit ein bestimmter Zweck verfolgt.It is known that the cooling line in conventional devices due to production ten may differ slightly from the vertical. This is considered not Dysfunctional accepted, however, is not intended, nor is it has a specific purpose.

Es ist z. B. aus der DE 36 37 546 A1 bekannt, daß Rohrleitungen, die Gase mit kondensierenden Bestandteilen führen, in Analysenmeßanlagen mit einem Gefälle verlegt werden, um das Kondensat abzuführen. In offenen Anordnun gen, z. B. für Laboranwendungen, wie in der DD 118 722 oder DE-OS 19 48 393, werden Kühlstrecken häufig schräg angeordnet, um einen guten Ablauf des Kondensats zu ermöglichen. Aus der DE-GM 73 05 590 ist ein Rotationskolbenver dampfer bekannt, der einen externen beweglichen Glaskolben aufweist, der in einer schrägen Position als Kühlstrecke benutzt werden kann. Diesen Lösun gen gemeinsam ist, daß eine Veränderung der Einbaulage zu einer Verände rung oder Nichterfüllung der Funktion führt.It is Z. B. from DE 36 37 546 A1 that pipelines, the gases with condensing components in analytical measuring systems with a Slope to remove the condensate. In open order gene, e.g. B. for laboratory applications, such as in DD 118 722 or DE-OS 19 48 393, cooling sections are often arranged at an angle to ensure that the process runs smoothly To allow condensate. From DE-GM 73 05 590 is a rotary piston Steamer known, which has an external movable glass bulb, which in an inclined position can be used as a cooling section. This solution common is that a change in the installation position to a change or failure to perform the function.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kältefalle mit den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst. Die Kühlstrecke in der Kältefalle ist nicht wie bisher senkrecht angeordnet, sondern in mindestens einer Richtung deutlich geneigt. Wird die Kühlstrecke z. B. von vorn gesehen um einen Winkel von z. B. 30° nach rechts geneigt, so kann der Kühler sowohl in dieser Einbaulage, jedoch auch 90° nach links gedreht betrieben werden. Damit wird aus der relativ hohen, schmalen Kühlstrecke eine relativ niedrige, breite. Nun kann zusätzlich noch eine Neigung der Kühlstrecke in die Tiefe erfolgen. Dann kann das Gerät auch in einer weiteren Lage betrieben werden.The object is achieved by a cold trap with the features of the claim. The cooling section in the Cold trap is not arranged vertically as before, but in at least clearly inclined in one direction. If the cooling section z. B. seen from the front through an angle of z. B. inclined 30 ° to the right, the cooler can both operated in this installation position, but also turned 90 ° to the left become. This turns the relatively high, narrow cooling section into a relative one low, wide. Now you can additionally tilt the cooling section into the Depth. Then the device can also be operated in a further position become.

Die Anordnung der Kühlstrecke erfolgt also bezogen auf die Außenflächen des Gehäuses der Kältefalle als Diagonale einer Ebene parallel zu einer Außenflächenebene oder als Raumdiagonale eines durch Ebenen parallel zu den Außenflächenebenen gebildet gedachten Quaders. Sie kann damit in zwei oder drei Positionen betrieben werden, wobei der Kondensatablauf stets im niedrigsten Punkt der Kühlstrecke liegt. Damit entsteht ein Meßgaskühler, der in seiner Einbaubedingungen sehr variabel ist. Die Schräganordnung ist für Meß gaskühler allgemein anwendbar und unabhängig vom Kühlprinzip der Kühlein richtung (z. B. Kompressoraggregat, Peltiermodule).The arrangement of the cooling section is therefore based on the outer surfaces of the Housing of the cold trap as a diagonal of a plane parallel to one Outer surface level or as a room diagonal one through levels parallel to imaginary cuboid formed on the outer surface levels. You can use it in two or three positions are operated, the condensate drain always in lowest point of the cooling section. This creates a sample gas cooler, which in its installation conditions is very variable. The inclined arrangement is for measuring gas cooler generally applicable and independent of the cooling principle of the cooler direction (e.g. compressor unit, Peltier modules).

Die Kältefalle ist in Zeichnungen dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.The cold trap is shown in drawings and is described in more detail below described.

Fig. 1a, b zeigt eine mit einem Peltiermodul (1) gekühlte Kühlstrecke (2), die sich in einem wärmeleitenden Block (3) befindet. Das Peltiermodul (1) gibt die Wärme an ein Kühlprofil (4) ab. Dieses wird üblicherweise mittels eines hier nicht dargestellten Lüfters mit Um gebungsluft versorgt. Das unten eintretende Meßgas (5) wird in der Kühlstrecke (2) gekühlt. Das ausfallende Kondensat (6) verläßt unten die Kühlstrecke, wäh rend das trockenere Meßgas (7) oben austritt. Fig. 1a, b shows a cooled by a Peltier module (1) cooling path (2), which is located in a thermally conductive block (3). The Peltier module ( 1 ) releases the heat to a cooling profile ( 4 ). This is usually supplied with ambient air by means of a fan, not shown here. The sample gas ( 5 ) entering below is cooled in the cooling section ( 2 ). The precipitated condensate ( 6 ) leaves the cooling section below, while the drier sample gas ( 7 ) emerges at the top.

Fig. 1a zeigt eine in einer Ebene parallel zur Oberfläche des Kühlprofils (4) um den Winkel α von der senkrechten Achse (8) geneigte Kühlstrecke (2) in der Vorder- und Seitenansicht. In Fig. 1b ist die An ordnung aus Fig. 1a (Vorderansicht) um 90° gedreht, so daß die Achse (8) jetzt wagerecht liegt. Die Kühlstrecke (2) weist jetzt den Gefällewinkel α auf, der so groß sein muß, daß das Kondensat (6) in der Kühlstrecke (2) abläuft. Die Funktion der Kühlstrecke bleibt wie in Fig. 1a beschrieben erhalten. Diese Anordnung hat damit zwei Einbaulagen. Insbesondere die in Fig. 1b beschriebe ne hat Vorteile, da sie Höhe spart. Als Ersatzgerät für ältere Meßschränke steht mit Fig. 1a das alte Einbauformat zur Verfügung. Fig. 1a shows an inclined in a plane parallel to the surface of the cooling profile (4) α by the angle from the vertical axis (8) cooling path (2) in the front and side view. In Fig. 1b, the order from Fig. 1a (front view) is rotated by 90 °, so that the axis ( 8 ) is now horizontal. The cooling section ( 2 ) now has the gradient angle α, which must be so large that the condensate ( 6 ) runs off in the cooling section ( 2 ). The function of the cooling section is maintained as described in Fig. 1a. This arrangement therefore has two installation positions. In particular, the ne described in Fig. 1b has advantages because it saves height. The old installation format is available with Fig. 1a as a replacement device for older measuring cabinets.

Fig. 2a zeigt in Vorder- und Seitenansicht eine Kühlstrecke (2), die parallel zur Ebene des Kühlprofils (4) um den Winkel α geneigt ist und senkrecht zur Ebe ne des Kühlprofils (4) in der Vorderansicht mit dem oberen Ende um den Win kel β zum Betrachter gekippt ist. Die Funktion entspricht der in Fig. 1a, b dargestell ten. In Fig. 2b ist die gesamte Anordnung nach Fig. 2a (Vorderansicht) um 90° in der Ebene des Kühlprofils gedreht. Diese Stellung entspricht im wesentlichen Fig. 1b. In Fig. 2c wurde die Anordnung aus Fig. 2a (Seitenansicht) um 90° in die Ebene des Kühlprofils hineingedreht. Die Kühl strecke weist jetzt den Gefällewinkel β auf. Fig. 2a shows a front and side view of a cooling section ( 2 ) which is inclined parallel to the plane of the cooling profile ( 4 ) by the angle α and perpendicular to the plane of the cooling profile ( 4 ) in the front view with the upper end around the win kel β is tilted towards the viewer. The function corresponds to that shown in FIGS. 1a, b. In FIG. 2b, the entire arrangement according to FIG. 2a (front view) is rotated by 90 ° in the plane of the cooling profile. This position corresponds essentially to Fig. 1b. In FIG. 2c, the arrangement from FIG. 2a (side view) was rotated through 90 ° into the plane of the cooling profile. The cooling section now has a gradient angle β.

Damit kann diese Anordnung in drei Lagen eingebaut werden: am Kühlprofil stehend, am Kühlprofil liegend, auf dem Kühlprofil liegend.This arrangement can therefore be installed in three layers: on Standing cooling profile, lying on the cooling profile, lying on the cooling profile.

Gegenüber den in Fig. 1a, b und Fig. 2a, b, c dargestellten Varianten kann statt der Nei gung der Kühlstrecke allein auch die gesamte Anordnung innerhalb des Gehäuses des Meßgaskühlers in zwei Richtungen geneigt, oder in einer Richtung geneigt und um eine Achse gedreht werden. Entsprechend ist die dreidimensional diagonale Anordnung in Fig. 2a, b, c auch erreichbar, wenn statt des keilförmigen Blockes (3) das Kühlprofil (4) um den Winkel β geneigt oder um die Achse 8 gedreht wird. Wichtig ist, daß eine diagonale oder raumdiagonale Mittelachse der Kühlstrecke bezogen auf das Gehäuse des Gerätes erreicht wird. Es kann jede Lage benutzt werden, in der der Kondensatablauf unten ist. Das Prinzip gilt analog für U-förmige Kühlstrecken. In Kompressorkühlern ist die Neigung der Kühlstrecke sehr einfach realisierbar. Es muß nur darauf geachtet werden, daß in jeder vorgesehenen Lage der Kondensatablauf unten und das Gefälle ausreichend ist. Die Kältefalle ermöglicht daher, sehr variabel einbau bare Meßgaskühler zu konstruieren, die auch mit niedriger Einbauhöhe einsetz bar sind.Compared to the variants shown in Fig. 1a, b and Fig. 2a, b, c instead of the inclination of the cooling section alone, the entire arrangement within the housing of the sample gas cooler inclined in two directions, or inclined in one direction and rotated about an axis will. Accordingly, the three-dimensional diagonal arrangement in FIGS. 2a, b, c can also be achieved if, instead of the wedge-shaped block ( 3 ), the cooling profile ( 4 ) is inclined by the angle β or rotated about the axis 8 . It is important that a diagonal or space-diagonal central axis of the cooling section is achieved in relation to the housing of the device. Any position in which the condensate drain is below can be used. The principle applies analogously to U-shaped cooling sections. The inclination of the cooling section can be implemented very easily in compressor coolers. It is only necessary to ensure that the condensate drain at the bottom and the slope are sufficient in every position provided. The cold trap therefore makes it possible to construct highly variable sample gas coolers that can also be used with a low installation height.

Claims

Cold trap for water vapor-containing measuring gas, containing a cooling section ( 2 ) fixed to a housing or a cooling profile ( 4 ) with measuring gas inlet ( 5 ), measuring gas outlet ( 7 ) and condensate outlet ( 6 ) and at least one cooling device ( 1 ), characterized in that the The cooling section ( 2 ) is arranged in relation to the outer surfaces of the housing of the cold trap or the surfaces of the cooling profile ( 4 ) of the cold trap as a surface diagonal or as a spatial diagonal of an imaginary cuboid formed by planes parallel to the outer surfaces or surfaces.