DE202013103995U1

DE202013103995U1 - Temperature control device and system for gas analysis

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Publication number: DE202013103995U1
Application number: DE202013103995.0U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2014-09-01
Anticipated expiration: 2023-09-06

Abstract

Temperier-Vorrichtung (100) für ein Gas, insbesondere Gas umfassend: – wenigstens eine Zuführleitung (70) für das Gas, – wenigstens eine mit der Zuführleitung (70) verbundene Kühlvorrichtung für das Gas, gekennzeichnet durch eine zylindrische Wirbelkammer (12) zur gleichzeitigen Erzeugung eines kalten Luftstroms (211) und eines warmen Luftstroms (221) aus einem tangential in die Wirbelkammer (12) einströmenden Luftstrom nach dem Ranque-Effekt, wobei eine Zuleitung des kalten Luftstroms (211) als Kühlmedium zu der Kühlvorrichtung und des warmen Luftstroms (221) als Heizmedium zu der Zuführleitung (70) vorgesehen ist.Temperature control device (100) for a gas, in particular gas comprising: - at least one supply line (70) for the gas, - at least one cooling device for the gas connected to the supply line (70), characterized by a cylindrical vortex chamber (12) for simultaneous Generation of a cold air flow (211) and a warm air flow (221) from an air flow flowing tangentially into the swirl chamber (12) according to the Ranque effect, with a supply line of the cold air flow (211) as a cooling medium to the cooling device and the warm air flow ( 221) is provided as a heating medium to the supply line (70).

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperier-Vorrichtung für Gas und eine damit ausgestattete Anlage zur Gasanalyse. The invention relates to a tempering device for gas and a system equipped therewith for gas analysis.

Bei der Gewinnung von Gas, insbesondere von Biogas ist neben der Gasmengenmessung eine kontinuierliche Überwachung der Gasqualität und Zusammensetzung unabdingbar. In the extraction of gas, especially of biogas in addition to the gas flow measurement, a continuous monitoring of gas quality and composition is essential.

Da Teile derartiger Gasanlagen verschiedenen Explosionsschutz-Vorgaben unterliegen, ist es unumgänglich herkömmliche Gasanalysegeräte und Anlagen weit entfernt von der Entnahmestelle des zu messenden Gases anzuordnen, da sämtliche bekannten Anlagen nicht ohne Anbindung an das Stromnetz arbeiten. Dies ist unter Explosionsschutzgesichtspunkten kritisch zu bewerten. Die bereitgestellte Elektrizität dient einerseits dem Betrieb der Analysetechnik, andererseits findet diese Verwendung in einer Leitungsbegleitheizung. Diese soll verhindern, dass die Zuführleitung während des Durchlaufs des feuchtigkeitsbelasteten Gas und bei niedrigen Umgebungstemperaturen einfriert. Vor Eintritt in das Analysegerät wird das Gas wiederum gekühlt um ein Auskondensieren der mitgeführten Feuchtigkeit zu erreichen. Dies verhindert, dass zusammen mit dem Gas Feuchtigkeit in das Analysegerät eingetragen wird und standardisiert zudem die Messbedingungen. In bekannten Anlagen wird hierzu ein Kühlgerät verwendet, das in der Regel ebenfalls elektrisch betrieben wird und daher auch außerhalb von Explosionsschutz-Bereichen angeordnet werden muss. Since parts of such gas systems are subject to different explosion protection requirements, it is essential to arrange conventional gas analyzers and equipment far away from the sampling point of the gas to be measured, since all known systems do not work without connection to the power grid. This has to be critically evaluated under explosion protection aspects. The electricity provided on the one hand serves the operation of the analysis technique, on the other hand finds this use in a line heating. This is to prevent the supply line from freezing during the passage of the moisture-laden gas and at low ambient temperatures. Before entering the analyzer, the gas is cooled again in order to achieve condensation of the entrained moisture. This prevents moisture from entering the analyzer together with the gas and also standardizes the measurement conditions. In known systems, a cooling device is used for this purpose, which is usually also operated electrically and therefore must be arranged outside of explosion protection areas.

Durch das lange Verweilen des Gases in der Zuführleitung kommt es nicht selten zu einer Veränderung des Gases bzw. von dessen Zusammensetzung, sodass Messung in den aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen nicht die tatsächliche Gaszusammensetzung an der Entnahmestelle messen können. Due to the long residence of the gas in the supply line, it is not uncommon for a change in the gas or its composition, so that measurement in the known from the prior art systems can not measure the actual gas composition at the sampling point.

Ein weiterer Nachteil bekannter Anlagen sind hohe Installationskosten. Hinzu treten hohe Wartungs- und Reparaturkosten, da bei Defekt oder Wartung einzelner Anlagenkomponenten nur ein Eingriff vor Ort durchgeführt werden kann. Another disadvantage of known systems are high installation costs. In addition, there are high maintenance and repair costs, as in the case of defect or maintenance of individual system components, only one intervention can be carried out on site.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Temperier-Vorrichtung für ein Gas und eine Anlage zur Gasanalyse mit niedrigen Installations-, Wartungs- und Reparaturkosten zur Verfügung zu stellen, die auch für die Verwendung in explosionsgefährdeten-Bereichen geeignet ist und die Messung von frischem Gas ermöglicht.Object of the present invention is to provide a tempering device for a gas and a system for gas analysis with low installation, maintenance and repair costs, which is also suitable for use in hazardous areas and allows the measurement of fresh gas ,

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die eingangs beschriebene Temperier-Vorrichtung für ein Gas und eine damit ausgestattet Anlage gelöst. Diese Temperier-Vorrichtung eignet sich insbesondere für ein zu messendes bzw. zu analysierendes Gas und umfasst wenigstens eine Zuführleitung für das Gas und wenigstens eine mit der Zuführleitung verbundene Kühlvorrichtung für das Gas. The object of the invention is achieved by the tempering device described above for a gas and a system equipped therewith. This tempering device is particularly suitable for a gas to be measured or analyzed and comprises at least one feed line for the gas and at least one cooling device for the gas connected to the feed line.

Die Bezeichnung „Gas“ ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung einerseits als Gas aus einem Strom aus erzeugtem oder gefördertem Gas definiert. Andererseits wird auch ein aus dem Strom aus erzeugtem oder gefördertem Gas entnommenes oder abgezweigtes Messgas bzw. eine zu analysierende Gasprobe, die zum Zweck der Bestimmung der Gasqualität oder -zusammensetzung aus der Gasmenge oder dem Gasstrom entnommen wurde, als Gas definiert. The term "gas" is defined in the context of the present invention, on the one hand as a gas from a stream of generated or conveyed gas. On the other hand, also a sample gas taken from the stream of generated or conveyed gas or a gas sample to be analyzed which has been taken from the gas amount or the gas stream for the purpose of determining the gas quality or composition is defined as gas.

Die erfindungsgemäße Temperier-Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine zylindrische Wirbelkammer vorgesehen ist, die zur gleichzeitigen Erzeugung eines kalten Luftstroms und eines warmen Luftstroms geeignet ist. The tempering device according to the invention is characterized in that a cylindrical vortex chamber is provided, which is suitable for the simultaneous generation of a cold air flow and a warm air flow.

Hierzu strömt tangential in die Wirbelkammer ein Luftstrom ein, der nach dem Ranque-Effekt in einen warmen und einen kalten Luftstrom geteilt wird. Der kalte Luftstrom wird dann als Kühlmedium zu der in der Temperier-Vorrichtung vorgesehenen Kühlvorrichtung zugeleitet, während der warme Luftstrom als Heizmedium zu der Zuführleitung geleitet wird. Die erfindungsgemäße Temperier-Vorrichtung überwindet somit die im Zusammenhang mit herkömmlichen Gasmessanlagen bzw. -vorrichtungen bekannten Nachteile. Zudem eignet sich die erfindungsgemäß vorgeschlagene Temperier-Vorrichtung auch für den Einsatz unter explosionsgefährdeten Bedingungen, da die Temperier-Vorrichtung vollständig ohne Elektrizität betreiben werden kann. Aufgrund der kürzeren zu überwindenden Distanz können die Zuführleitungen kurz gehalten werden, sodass stets frisches, d.h. zeitnah zur Messung entnommenes Gas analysiert und damit die tatsächliche Zusammensetzung des entnommenen Gases detektiert wird. Auf eine Leitungsbegleitheizung, wie diese beispielsweise im Stand der Technik durch Elektroheizungen oder dergleichen realisiert wird, kann verzichtet werden, da der in der Wirbelkammer erzeugte warme Luftstrom ausreicht, um eine Erwärmung bzw. Beheizung der relativ kurzen Zuführleitung zu gewährleisten und sicherzustellen, dass es nicht zum Einfrieren der Leitung bzw. der in dem Gas mitgeführten Flüssigkeit kommt. For this purpose, an air flow flows tangentially into the vortex chamber, which is divided by the Ranque effect into a warm and a cold air flow. The cold air stream is then supplied as a cooling medium to the cooling device provided in the temperature control device, while the warm air flow is conducted as heating medium to the supply line. The temperature control device according to the invention thus overcomes the disadvantages known in connection with conventional gas measuring systems or devices. In addition, the temperature control device proposed according to the invention is also suitable for use under potentially explosive conditions, since the tempering device can be operated completely without electricity. Due to the shorter distance to be overcome, the supply lines can be kept short, so that fresh, i. analyzed gas taken promptly for the measurement and thus the actual composition of the withdrawn gas is detected. On a line heating, as this is realized for example in the prior art by electric heaters or the like, can be omitted, since the generated in the vortex chamber warm air flow is sufficient to ensure heating or heating of the relatively short supply and ensure that it is not comes to freeze the line or entrained in the gas liquid.

Die Erfindung ermöglicht es sowohl das zu messende Gas auf eine gewünschte bzw. für eine Messung optimale Temperatur abzukühlen, als auch die Zuführ- bzw. Entnahmeleitung des Gases zu beheizen, um das Einfrieren derselben zu verhindern. Diese parallele Nutzung von sowohl der kalten als auch der heißen Luft aus dem Wirbelrohr steigert die Effektivität der Anlage und den Wirkungsgrad des Wirbelrohres und erspart die Anschaffung von teuren, elektrischen Begleitheizungen.The invention makes it possible both to cool the gas to be measured to a desired or optimum temperature for a measurement, as well as to heat the supply or withdrawal line of the gas in order to prevent the freezing thereof. This parallel use of both the cold and hot air from the vortex tube enhances the Effectiveness of the system and the efficiency of the vortex tube and saves the purchase of expensive, electrical heat tracing.

Die Temperier-Vorrichtung kann Teil eines Anlagenkonzeptes zur Gasqualitätsmessung sein. Vorteilhaft ist vor allem die mögliche Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen. Die Verwendung von sowohl dem kalten als auch dem warmen Luftstrom ist ermöglicht vor allem in Biogasanlagen die Vermeidung hoher Anschaffungskosten aufgrund langer zu verlegender Gasleitungen. Der damit notwendigerweise verbundene Einsatz kosten- und energieintensiver Begleitheizungen wird vermieden, da die Messanlagen in unmittelbarer Nähe zu den Entnahmestellen für das Gas angeordnet werden können. The tempering device can be part of a plant concept for gas quality measurement. Especially advantageous is the possible use in potentially explosive atmospheres. The use of both the cold and the warm air flow is possible, especially in biogas plants avoiding high acquisition costs due to long laying gas lines. The necessarily associated use of cost and energy-intensive heat tracing is avoided because the measuring equipment can be placed in close proximity to the gas sampling points.

Wesentlicher Bestandteil der Temperier-Vorrichtung gemäß der Erfindung ist das auch als Kaltluftpistole bezeichnete Wirbelrohr. Dieses basiert auf dem sogenannten Ranque-Effekt wonach ein in ein zylindrisches Rohr eingebrachter Luftstrom an beiden offenen Enden des Rohres in zwei Teilströme zerlegt werden kann, deren Temperaturen über bzw. unter der Temperatur des Eingangsstromes liegt. Ein Eingangsluftstrom wird unter Druck in ein zylindrisches Rohr eingebracht. Der durch den Druck entstehende Wirbel mit Rotationen von bis zu 1000000 U/min presst den Luftstrom an die Rohrwand und erhitzt die Luft durch Reibung. Ein an einem Rohrende installiertes Nadelventil lässt einen Teil der nun heißen Luft an die Umgebung entweichen und verursacht gleichzeitig einen zweiten Wirbel der im Zentrum des heißen Wirbels zurück strömt. Dabei wird die Temperatur des inneren Wirbels an die des äußeren abgegeben und kühlt sich somit stark ab. An essential part of the tempering device according to the invention is the so-called cold air gun vortex tube. This is based on the so-called Ranque effect according to which an introduced into a cylindrical tube air flow can be decomposed at both open ends of the tube into two partial streams whose temperatures are above or below the temperature of the input current. An inlet air flow is introduced under pressure into a cylindrical tube. The pressure generated by the vortex with rotations of up to 1,000,000 rpm presses the air flow to the pipe wall and heats the air by friction. A needle valve installed at a pipe end lets part of the now hot air escape to the environment and at the same time causes a second vortex to flow back in the center of the hot vortex. The temperature of the inner vortex is released to that of the outer and thus cools down strongly.

Als vorteilhaft wird daher angesehen, wenn als Luftstrom ein Druckluftstrom vorgesehen ist. Eine Druckluftleitung bzw. ein Druckluftanschluss ist an nahezu jeder Gasentnahmestelle vorhanden, so dass hier eine besonders einfache und kostengünstige Art und Weise zur Verfügung gestellt wird, die zylindrische Wirbelkammer in der erfindungsgemäßen Temperier-Vorrichtung zu betrieben. Der Druck des Druckluftstroms kann zudem variiert werden, um hierüber die Temperatur der Luftströme einzustellen. It is therefore considered advantageous if a compressed air flow is provided as the air flow. A compressed air line or a compressed air connection is present at almost every gas sampling point, so that here a particularly simple and cost-effective manner is provided to operate the cylindrical vortex chamber in the temperature control device according to the invention. The pressure of the compressed air flow can also be varied in order to adjust the temperature of the air streams over this.

Als günstig wird angesehen, wenn die Kühlvorrichtung als Wärmetauscher mit getrennten Leitungen für das Kühlmedium und das Gas ausgebildet ist. Je nach Anordnung der Leitungen im Wärmetauscher erweist es sich zudem als vorteilhaft, wenn Kühlmedium und Gas den Wärmetauscher entweder gleich- oder gegenströmend durchlaufen, um somit eine optimale Temperierung des Gases zu erzielen. As low is considered when the cooling device is designed as a heat exchanger with separate lines for the cooling medium and the gas. Depending on the arrangement of the lines in the heat exchanger, it also proves to be advantageous if the cooling medium and gas pass through the heat exchanger either equal or countercurrent, so as to achieve optimum temperature control of the gas.

In einer als vorteilhaft angesehenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Wärmetauscher als Platte mit wenigstens einer im Wesentlichen mäandrierend in der Platte angeordneten Leitung für das Gas und wenigstens einer im Wesentlichen mäandrierend in der Platte angeordneten Leitung für das Kühlmedium ausgebildet. Die Leitungen sind dabei jeweils so angeordnet, dass ein optimaler Temperaturausgleich erfolgen kann und um somit eine optimale Kühlung des Gases sicherzustellen, die eine störungsfreie und vor allem reproduzierbare Messung der Gaszusammensetzung ermöglicht. In an embodiment of the device according to the invention which is considered to be advantageous, the heat exchanger is designed as a plate with at least one substantially meandering line in the plate for the gas and at least one substantially meandering line in the plate for the cooling medium. The lines are each arranged so that an optimal temperature compensation can take place and thus to ensure optimum cooling of the gas, which allows a trouble-free and above all reproducible measurement of the gas composition.

In einer alternativen Ausführungsform, die sich im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Temperier-Vorrichtung ebenfalls als vorteilhaft erweist, besteht der Wärmetauscher aus einer Vielzahl von miteinander verbindbaren Modulen. Diese weisen im Innern bevorzugt konzentrisch angeordnete Leitungen für das Gas und das Kühlmedium auf. Die Leitungen für Gas und Kühlmedium sind dabei insbesondere spiralförmig im Inneren des Wärmetauschers bzw. der Module angeordnet. Als günstig erweist sich in diesem Zusammenhang, wenn die Module lösbar miteinander verbunden, insbesondere verschraubbar, verrastbar oder steckbar ausgebildet sind. Es kann durch den modularen Aufbau des Wärmetauschers dessen Größe und Wärmetauscherleistung in einfacher Art und Weise an Gasmenge bzw. zu erreichende Gastemperatur angepasst werden. Durch die Hinzunahme weiterer Module wird der Wärmetauscher insgesamt vergrößert, der Durchgangsweg von Kühlmedium bzw. Gas verlängert und die Kühlung des Gases verbessert, d. h. die Temperatur entsprechend weiter gesenkt. Die variable Erweiterbarkeit des Wärmetauschers wird durch diese modulare Ausführung wesentlich verbessert. Als Abschluss des Wärmetauschers sind Abschlussmodule vorgesehen, die Anschlüsse für die Zuführleitung für das Gas einerseits und für die Leitung für das Kühlmedium andererseits aufweisen. In an alternative embodiment, which also proves to be advantageous in connection with the tempering device according to the invention, the heat exchanger consists of a plurality of interconnected modules. These have inside preferably concentrically arranged lines for the gas and the cooling medium. The lines for gas and cooling medium are arranged in particular spirally in the interior of the heat exchanger or the modules. As low proves in this context, when the modules are releasably connected to each other, in particular screwed, latched or pluggable. It can be adjusted by the modular design of the heat exchanger whose size and heat exchanger performance in a simple manner to gas quantity or gas temperature to be reached. By adding further modules, the total heat exchanger is increased, the passage of cooling medium or gas extended and the cooling of the gas improved, d. H. the temperature lowered accordingly. The variable expandability of the heat exchanger is significantly improved by this modular design. As a conclusion of the heat exchanger termination modules are provided which have connections for the supply line for the gas on the one hand and for the line for the cooling medium on the other.

Als vorteilhaft wird angesehen, wenn die Module als Drehteil, Guss- oder Frästeil ausgebildet sind. Hierdurch kann in kostengünstiger Art und Weise eine Anpassung der Wärmetauschergröße erfolgen. Die Module können in großer Stückzahl und zu geringen Kosten hergestellt werden und erlauben eine variable Anpassung des Wärmetauschers an die jeweiligen Einsatzzwecke. It is considered advantageous if the modules are designed as a turned part, cast or milled part. As a result, an adaptation of the heat exchanger size can be carried out in a cost-effective manner. The modules can be manufactured in large quantities and at low cost and allow a variable adaptation of the heat exchanger to the respective purposes.

Als günstig wird angesehen, wenn in der Kühlvorrichtung ein Kondensatabscheider vorgesehen ist. Im Zuge der Kühlung wird die im Gas mitgeführte Flüssigkeit abgeschieden und im Kondensatabscheider gesammelt und abgeleitet. Der Kondensatabscheider kann als gesondertes in der Kühlvorrichtung vorgesehenes Element angeordnet werden oder aber unmittelbar am Wärmetauscher angebracht sein. It is regarded as favorable if a condensate separator is provided in the cooling device. In the course of cooling, the entrained liquid in the gas is separated and collected in the condensate and discharged. The condensate can be arranged as a separate element provided in the cooling device or be mounted directly on the heat exchanger.

Als vorteilhafte Weiterbildung der Temperier-Vorrichtung wird angesehen, wenn die Kühlvorrichtung für eine Temperierung des Gases auf zwischen –25°C und +40°C, insbesondere auf zwischen –10°C und +25°C, bevorzugt auf zwischen 0°C und +10°C, besonders bevorzugt auf zwischen +3°C und +5°C vorgesehen ist. Die optimale Arbeitstemperatur eines nachgeordneten Gasanalysegerätes liegt bei Gastemperaturen von zwischen +1°C und +3°C. Die eingestellte Temperatur bzw. die Temperierung richtet sich auch nach der Zusammensetzung des Gases sowie der vorgesehenen Messmethode. An advantageous development of the tempering device is considered when the cooling device for a temperature of the gas to between -25 ° C and + 40 ° C, in particular between -10 ° C and + 25 ° C, preferably between 0 ° C and + 10 ° C, more preferably between + 3 ° C and + 5 ° C is provided. The optimum working temperature of a downstream gas analyzer is at gas temperatures of between + 1 ° C and + 3 ° C. The set temperature or temperature also depends on the composition of the gas and the intended method of measurement.

Die Temperier-Vorrichtung gewährleistet neben der Heizung der Zuführleitung auch den Schutz des Gasanalysegerätes vor im Gas gelöster Feuchtigkeit. Dadurch wird sowohl die Haltbarkeit der Sensoren, als auch die Lebensdauer der mechanischen Bauteile im Analysegerät erhöht. Es werden somit effektiv die Wartungskosten des Analyse-Systems reduziert.The tempering device ensures not only the heating of the supply and the protection of the gas analyzer from moisture dissolved in the gas. This increases both the durability of the sensors and the life of the mechanical components in the analyzer. Thus, the maintenance costs of the analysis system are effectively reduced.

Insbesondere Biogas erreicht durch den hohen Feuchtigkeitsgehalt im Gärschlamm eine relative Feuchte von bis zu 100%. Abhängig von den Witterungsbedingungen kondensiert ein Teil bereits in der Leitung vom Fermenter zum Analysegerät und kann hier, bei Fehlen einer Leitungsbegleitheizung einfrieren. In der beheizten Leitung der erfindungsgemäßen Temperier-Vorrichtung wird Kondensation vermieden und die Feuchtigkeit wird dem Gas erst in der Kühlvorrichtung entzogen.In particular biogas achieves a relative humidity of up to 100% due to the high moisture content in the fermentation sludge. Depending on the weather conditions, a part already condense in the line from the fermenter to the analyzer and can freeze here, in the absence of a line heating. In the heated line of the tempering device according to the invention condensation is avoided and the moisture is removed from the gas only in the cooling device.

Es werden so der Kontakt zwischen Sensoren und Wasser und damit eine Beschädigung der Sensoren die hohe Reparaturkosten nach sich ziehen vermieden. Auch die Funktion von mechanischen Baugruppen wie zum Beispiel Magnetventilen oder Gaspumpen würden von der Feuchtigkeit negativ beeinträchtigt. Die Erfindung dient der Vermeidung dieser negativen Effekte.It will avoid the contact between sensors and water and thus damage the sensors resulting in high repair costs. The function of mechanical assemblies such as solenoid valves or gas pumps would be adversely affected by the moisture. The invention serves to avoid these negative effects.

Die erfindungsgemäße Temperier-Vorrichtung ist mit einer Zuführleitung für das Gas verbunden. Diese dient dem Transport des Gases von einer Entnahmestelle zu einem Gasanalysegerät bzw. zu einer diesem vorgeschalteten Kühlvorrichtung. Als vorteilhaft wird in diesem Zusammenhang angesehen, wenn die Zuführleitung zweikammrig, insbesondere doppelwandig ausgebildet ist. Die Zuführleitung weist dabei eine zugeordnete Heizleitung auf, die die Zuführleitung beispielsweise umschließt oder mit dieser in Verbindung steht. Das Heizmedium, das durch den warmen Luftstrom zur Verfügung gestellt wird, wird dabei bevorzugt in die Heizleitung eingeleitet und verhindert ein Einfrieren der Zuführleitung. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Gas einen hohen Feuchtegehalt aufweist und diese Feuchtigkeit bei niedrigen Außentemperaturen zum Einfrieren der Leitungen führen könnte. Aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus der Temperier-Vorrichtung wird ein Einfrieren der Leitung wirkungsvoll verhindert. Gleichzeitig kann eine optimale Temperierung bzw. Kühlung des Gases durchgeführt werden. The tempering device according to the invention is connected to a supply line for the gas. This serves to transport the gas from a removal point to a gas analyzer or to a cooling device connected upstream of it. It is regarded as advantageous in this connection if the supply line is of two-chambered design, in particular double-walled. The supply line has an associated heating line, which surrounds the supply line, for example, or is in communication with this. The heating medium, which is provided by the warm air flow, is preferably introduced into the heating line and prevents freezing of the supply line. This is particularly advantageous if the gas has a high moisture content and this moisture could lead to freezing of the lines at low outdoor temperatures. Due to the construction of the tempering device according to the invention, a freezing of the conduit is effectively prevented. At the same time an optimal temperature control or cooling of the gas can be performed.

Als günstig bezüglich der Beheizung der Zuführleitung erweist es sich, wenn die Heizleitung koaxial zur Zuführleitung angeordnet ist. Hierdurch wird ein optimales Umströmen der Zuführleitung mit dem Heizmedium erreicht. As low with respect to the heating of the supply line, it turns out that the heating cable is arranged coaxially to the supply line. As a result, an optimal flow around the supply line is achieved with the heating medium.

Das Gas, insbesondere Gas, das der Temperier-Vorrichtung zugeführt wird, ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Biogas, Klärgas, Grubengas, Erdgas, Deponiegas oder Mischungen daraus. Insgesamt eignet sich die Temperier-Vorrichtung vorteilhaft für die Temperierung von feuchtigkeitsbelasteten Gasen. The gas, in particular gas, which is supplied to the tempering device is selected from the group consisting of biogas, sewage gas, mine gas, natural gas, landfill gas or mixtures thereof. Overall, the tempering device is advantageously suitable for the temperature control of moisture-laden gases.

Die Temperier-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist günstigerweise Konformität mit den ATEX-Richtlinien der Europäischen Union sowie mit den IECEX- und FM- sowie GOST-Richtlinien auf und ist für den Einsatz unter explosionskritischen Bedingungen, insbesondere in Anlagen, die zur Messung von explosionskritischen Gasen geeignet sind, besonders bevorzugt. The tempering device according to the present invention conveniently conforms to the European Union ATEX directives, IECEX and FM and GOST directives, and is intended for use in potentially explosive atmospheres, particularly in installations for the measurement of explosive atmospheres Gases are suitable, more preferred.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Temperier-Vorrichtung sieht vor, dass die Zuführleitung einen ersten, als Zuführleitung zu der Temperier-Vorrichtung ausgebildeten Abschnitt und wenigstens einen zweiten, insbesondere der Temperier-Vorrichtung nachgelagerten und als Zuführleitung zu einem Gasanalysegerät ausgebildeten Abschnitt aufweist. Der warme Luftstrom dient dabei als Heizmedium im ersten und/oder zweiten Abschnitt. Während der warme Luftstrom im ersten Abschnitt ein Einfrieren der im Gasstrom mitgeführten Feuchtigkeit verhindert, bewirkt die Warmluft im zweiten Abschnitt ein Konditionierung des Gases vor Einleitung in ein Analysegerät. Desweiteren wird durch das gezielte bzw. gesteuerte Temperieren des Gases eine Kondensieren von noch vorhandener Restfeuchte vor oder im Analysegerät verhindert. Die Messung wird somit reproduzierbarer, da stets gleich temperiertes Gas gemessen wird. Messfehler aufgrund von Temperaturunterschieden werden verringert bzw. vermieden.An advantageous development of the tempering device provides that the supply line has a first, designed as a supply line to the tempering device section and at least a second, in particular the temperature control device downstream and formed as a supply line to a gas analyzer section. The warm air flow serves as a heating medium in the first and / or second section. While the warm air flow in the first section prevents freezing of the moisture entrained in the gas stream, the hot air in the second section effects conditioning of the gas prior to introduction into an analyzer. Furthermore, the targeted or controlled temperature control of the gas prevents condensation of remaining moisture before or in the analyzer. The measurement is thus reproducible, since always the same tempered gas is measured. Measurement errors due to temperature differences are reduced or avoided.

Temperier-Vorrichtung verfügt bevorzugt über eine Steuerung für das wahlweise Einleiten des warmen Luftstroms in den ersten und/oder den zweiten Abschnitt. Ausgehend von über Sensoren erfassten Messwerten kann so eine Temperierung des Gases gesteuert durchgeführt werden. Bei zu niedriger Temperatur steuert die Steuerung, beispielsweise durch Öffnen bzw. Schließen geeigneter Ventile, eine Einleitung warmer Luft aus dem Wirbelrohr in den die Kühlvorrichtung mit einem nachgelagerten Analysegerät verbindenden Abschnitt der Zuführleitung. Die Temperatur des gekühlten und entfeuchteten Gases wird dabei auf ein festgelegtes bzw. für die Gasanalyse optimiertes Temperaturniveau angehoben. Tempering device preferably has a controller for the optional introduction of the warm air flow in the first and / or the second section. Based on measured values recorded by sensors, a temperature control of the gas can be carried out in a controlled manner. If the temperature is too low, the controller controls, for example by opening or closing suitable valves, an introduction of warm air from the vortex tube into the section of the device connecting the cooling device to a downstream analyzer Feed. The temperature of the cooled and dehumidified gas is raised to a fixed or optimized for gas analysis temperature level.

Als günstig erweist sich in diesem Zusammenhang, wenn im zweiten Abschnitt der Zuführleitung eine Temperierung des Gases auf zwischen 4°C und 40°C, insbesondere auf zwischen 10°C und 20°C, bevorzugt auf zwischen 11°C und 15°C erfolgt.As low proves in this context, if in the second section of the supply line, a temperature of the gas to between 4 ° C and 40 ° C, in particular between 10 ° C and 20 ° C, preferably between 11 ° C and 15 ° C. ,

Gleichermaßen von der Erfindung umfasst ist eine Anlage zur Gasanalyse. Die erfindungsgemäße Anlage umfasst dabei wenigstens

– eine wie zuvor beschriebene Temperier-Vorrichtung,
– wenigstens ein Gasanalysegerät und
– wenigstens eine Steuereinheit.

Equally encompassed by the invention is a plant for gas analysis. The system according to the invention comprises at least

A tempering device as described above,
At least one gas analyzer and
- At least one control unit.

Die erfindungsgemäße Anlage zeichnet sich dadurch aus, dass die Temperier-Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass gleichzeitig ein Kühlmedium zur Kühlung des Gases und ein Heizmedium zur Temperierung einer Zuführleitung für das Gas zur Verfügung gestellt werden. Die Temperier-Vorrichtung stellt somit ein Kernelement der Anlage dar. Vorteilhaft ist, dass lediglich eine Druckluftleitung zur Verfügung gestellt werden muss, um die Temperierung des Gases durchzuführen. Während des Transportes des Gases von der Entnahmestelle wird durch die Beheizung der Zuführleitung mit dem warmen Luftstrom aus dem Wirbelrohr eine Kondensation der im Gas vorhandenen Feuchtigkeit in der Zuführleitung vermieden. Der kalte Luftstrom aus dem Wirbelrohr ermöglicht eine Abkühlung des Gases und die Kondensation der Feuchtigkeit vor Eintritt in das Analysegerät. Vorteilhafterweise werden erfindungsgemäß die Medien für Beheizung einerseits und Kühlung andererseits durch eine einzige Anlagenkomponente und ohne Einsatz von Elektrizität zur Verfügung gestellt. The system according to the invention is characterized in that the tempering device is designed such that at the same time a cooling medium for cooling the gas and a heating medium for temperature control of a supply line for the gas are provided. The tempering device thus represents a core element of the system. It is advantageous that only a compressed air line must be provided in order to carry out the temperature control of the gas. During the transport of the gas from the sampling point, a condensation of the moisture present in the gas in the feed line is avoided by heating the supply line with the warm air flow from the vortex tube. The cold air flow from the vortex tube allows for cooling of the gas and condensation of the moisture before entering the analyzer. Advantageously, according to the invention, the media for heating on the one hand and cooling on the other hand provided by a single system component and without the use of electricity.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Anlage sieht vor, dass diese Sensoren zur Erfassung der Temperatur des Gases bei Entnahme, bei Eingang in die Anlage, bei Eintritt in den Kühlkörper der Temperier-Vorrichtung, bei Eintritt in das Gasanalysegerät aufweist. Zusätzlich können Sensoren vorgesehen werden, die die Umgebungstemperatur erfassen bzw. die Temperatur der Zuführleitung messen. An advantageous development of the system provides that these sensors for detecting the temperature of the gas at removal, when entering the system, when entering the heat sink of the temperature control device, when entering the gas analyzer. In addition, sensors can be provided which detect the ambient temperature or measure the temperature of the supply line.

Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Anlage nur mit einem Teil der genannten Sensoren ausgestattet sein. Von besonderer Bedeutung sind Temperaturfassung bei Entnahme des Gases sowie die Temperaturmessung bei Eintritt in den Kühlkörper, weil hierüber letztlich eine Steuerung der Temperier-Vorrichtung abgeleitet wird. Vorteilhaft wird eine Steuerung der Temperier-Vorrichtung in Abhängigkeit von den ermittelten Temperaturwerten durchgeführt. Die Steuereinheit steuert dabei Kühlleistung und Heizleistung der Temperier-Vorrichtung jeweils unabhängig voneinander. Besteht beispielsweise aufgrund einer hohen Umgebungstemperatur kein Bedarf die Zuführleitung entsprechend zu beheizen, so kann über die Steuereinheit eine Ableitung des Heizmediums erfolgen. Hierzu werden an den entsprechenden Stellen vorgesehene Ventile angesteuert. Wird eine ungenügende Temperatur der Zuführleitung bzw. des Gases festgestellt, kann über die Steuereinrichtung die Temperier-Vorrichtung entsprechend gesteuert werden, um die gemessenen Ist-Werte an die voreingestellten Soll-Werte heranzuführen und eine vorzeitige Kondensation der im Gas mitgeführten Feuchtigkeit zu verhindern. Of course, the system according to the invention can be equipped only with a part of said sensors. Of particular importance are temperature detection when removing the gas as well as the temperature measurement when entering the heat sink, because this ultimately a control of the temperature control device is derived. Advantageously, a control of the tempering device is carried out as a function of the determined temperature values. The control unit controls cooling capacity and heating power of the temperature control device each independently. If, for example, due to a high ambient temperature, there is no need to appropriately heat the supply line, a discharge of the heating medium can take place via the control unit. For this purpose, provided at the appropriate locations valves are controlled. If an insufficient temperature of the supply line or of the gas is detected, the temperature control device can be correspondingly controlled via the control device in order to bring the measured actual values to the preset desired values and to prevent premature condensation of the moisture entrained in the gas.

Eine als günstig angesehene Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass Druck und/oder Volumen der in der Temperier-Vorrichtung bzw. in das Wirbelrohr eingeleiteten Luft manuell einstellbar ist/sind. Alternativ bzw. zusätzlich besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, dass eine derartige Einstellung über die Steuereinheit erfolgt. Vorteilhaft hierbei ist es, dass eine Einstellung beispielsweise auch über Fernwartung erfolgen kann, wenn die Steuereinheit entsprechend ausgestattet ist. An embodiment of the invention which is regarded as favorable provides that pressure and / or volume of the air introduced into the tempering device or into the vortex tube is / are manually adjustable. Alternatively or additionally, of course, there is also the possibility that such a setting is made via the control unit. It is advantageous here that an adjustment, for example, can be made via remote maintenance, if the control unit is equipped accordingly.

Die Temperier-Vorrichtung weist wenigstens je ein Ventil für das Kühlmedium und das Heizmedium auf. Bei wenigstens einem dieser Ventile handelt es sich bevorzugt um ein Dreiwegeventil. Die Ansteuerung, d. h. das Schließen und Öffnen des Ventils bzw. die Freigabe der Wege wird bevorzugt durch die Steuereinheit bewerkstelligt. The tempering device has at least one respective valve for the cooling medium and the heating medium. At least one of these valves is preferably a three-way valve. The control, d. H. The closing and opening of the valve or the release of the paths is preferably accomplished by the control unit.

Vorteilhaft ist wenigstens eines der Ventile zum wahlweisen Einleiten des warmen Luftstroms in den ersten oder den zweiten Abschnitt einer zweiteilig ausgeführten Zuführleitung vorgesehen, wobei der erste Abschnitt der Kühlvorrichtung vor- und der zweite Abschnitt der Kühlvorrichtung nachgelagert vorgesehen ist. Selbstverständlich kann warme Luft auch in beide Abschnitte der Zuführleitung eingeleitet werden. Im ersten Abschnitt der Zuführleitung verhindert die Warmluft das Einfrieren der Leitung, während sie im zweiten Abschnitt der Konditionierung des Gases vor Messung bzw. Analyse dient.Advantageously, at least one of the valves is provided for selectively introducing the warm air flow into the first or the second section of a two-part supply line, wherein the first section of the cooling device is provided upstream and the second section of the cooling device downstream. Of course, warm air can also be introduced into both sections of the supply line. In the first section of the feed line, hot air prevents the line from freezing while in the second section it serves to condition the gas before measurement or analysis.

Die erfindungsgemäße Anlage zeichnet sich in einer bevorzugten Weiterbildung dadurch aus, dass das Gasanalysegerät, in dem die Zusammensetzung des Gases festgestellt wird, als Tauschgerät ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung der Anlage hat den Vorteil, dass bei Ausfall oder Defekt des Gasanalysegerätes dieses in einfachster Weise auch durch einen Laien ersetzt werden kann. Die kostenintensive Reparatur durch einen Techniker vor Ort kann somit unterbleiben. Das Tauschgerät wird direkt zur Anlage geliefert, dort durch einen Bediener gegen das vorhandene, defekte Gerät getauscht und das defekte Gerät zur Reparatur, Wartung oder Durchsicht an den Hersteller zurückgesendet. Die Erkennung des Tauschgerätes erfolgt automatisch über die Steuereinheit und eine in der Anlage vorgesehene Schnittstelle. Auch die übrigen Anlagenteile können als Tauschgeräte, mit denen ebenso verfahren werden kann wie mit dem Gasanalysegerät, vorgesehen werden. The inventive system is characterized in a preferred embodiment in that the gas analyzer, in which the composition of the gas is detected, is designed as a replacement device. This embodiment of the system has the advantage that in case of failure or defect of the gas analyzer this can be replaced in the simplest way by a layman. The costly repair by a technician on site can thus be avoided. The replacement unit is delivered directly to the system, where it is exchanged by an operator for the existing, defective unit and the defective unit for repair, maintenance or repair Review sent back to the manufacturer. Recognition of the exchange device takes place automatically via the control unit and an interface provided in the system. The other parts of the system can also be used as exchange devices with which the procedure can be followed as well as with the gas analyzer.

Die erfindungsgemäße Anlage ist derart aufgebaut, dass die Temperier-Vorrichtung, das Gasanalysegerät und die Steuereinheit auf jeweils gesonderten Grundplatten angeordnet sind. Diesen Grundplatten zugeordnet ist eine Halterung, die die Einzelkomponenten bzw. die diese tragende Grundplatte aufnimmt. Der somit erreichbare modulare Aufbau der Anlage erleichtert deren Wartung und senkt wesentlich die Instandhaltungs- und Reparaturkosten. Bei Defekt einer der Komponenten kann dieses mit der Grundplatte oder von der Grundplatte entnommen und gegen ein Tauschgerät ausgetauscht werden. Durch die Montage auf identischen Grundplatten bzw. der Anordnung in identischen Halterungen besteht in einfachster Art und Weise die Möglichkeit einen Austausch auch durch Nicht-Fachleute durchzuführen. Im Falle des Defektes einer oder mehrerer Komponenten wird da jeweilige Tauschgerät an die Anlage geliefert, ersetzt dort das defekte Gerät, wobei das defekte Gerät dann an einen Wartungs- oder Reparaturservice eingeschickt wird. Die kostenintensive und zeitraubende Anfahrt eines Fachmanns zur Anlage und die Reparatur vor Ort entfallen aufgrund des modularen Systems vollständig. The inventive system is constructed such that the temperature control device, the gas analyzer and the control unit are arranged on separate base plates. Associated with these base plates is a holder which receives the individual components or the base plate carrying them. The thus achievable modular structure of the plant facilitates their maintenance and significantly reduces the maintenance and repair costs. In case of failure of one of the components this can be removed with the base plate or from the base plate and replaced with a replacement device. By mounting on identical base plates or the arrangement in identical brackets in the simplest way there is the possibility to perform an exchange by non-professionals. In the case of a defect of one or more components as each exchange device is delivered to the system, there replaced the defective device, the defective device is then sent to a maintenance or repair service. The costly and time-consuming approach of a professional installation and on-site repair completely eliminated due to the modular system.

Die erfindungsgemäße Anlage sieht vor, dass das Gasanalysegerät, die Temperaturvorrichtung und/oder die wenigstens eine Steuereinheit als Einzelkomponenten bzw. Module lösbar in der Anlage angeordnet ist/sind. Die modulare Bauweise erweist sich als besonders vorteilhaft. Sie ermöglicht eine Messung der Gasqualität direkt an der Gasentnahmestelle und kann auf diese Weise Arbeit (Verlegung langer Gasentnahmeleitungen) sowie Geld (Kosten von Entnahmeleitung sowie Begleitheizung) einsparen.The system according to the invention provides that the gas analyzer, the temperature device and / or the at least one control unit is detachably arranged in the system as individual components or modules. The modular design proves to be particularly advantageous. It enables a measurement of the gas quality directly at the gas sampling point and can thus save work (laying of long gas extraction pipes) as well as money (costs of extraction line and heat tracing).

Bevorzugt verfügt die Steuereinheit über wenigstens eine Schnittstelle für das Gasanalysegerät und/oder für die Temperier-Vorrichtung. Hierbei wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn eine automatische Erkennung und Einbindung des Gasanalysegerätes bzw. der Temperier-Vorrichtung in die Anlage möglich ist. Dies erweist sich insbesondere nach Austausch der Einzelkomponenten als vorteilhaft. The control unit preferably has at least one interface for the gas analyzer and / or for the tempering device. In this case, it is considered to be particularly advantageous if an automatic detection and integration of the gas analyzer or the temperature control device into the system is possible. This proves to be particularly advantageous after replacement of the individual components.

Die erfindungsgemäße Anlage zeichnet sich dadurch aus, dass eine Speichereinheit für Betriebsparameter und/oder Analyseergebnisse vorgesehen ist. Diese Speichereinheit kann dabei sowohl die durch die Sensoren erfassten Temperaturwerte wie auch ein Analyseergebnis für die Gaszusammensetzung speichern und weiterleiten. Daneben besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, dass die Speichereinheit durch ein anschließbares Lesegerät ausgelesen wird. The system according to the invention is characterized in that a memory unit for operating parameters and / or analysis results is provided. This storage unit can store and forward both the temperature values detected by the sensors and also an analysis result for the gas composition. In addition, of course, there is also the possibility that the memory unit is read by a connectable reader.

In diesem Zusammenhang wird es als günstig angesehen, wenn eine Sende- und Empfangseinheit zur Fernübertragung der Betriebsparameter, Steuerbefehle oder Analyseergebnisse vorgesehen ist. Die Sende- und Empfangseinheit kann der Speichereinheit oder der Steuereinheit zugeordnet sein. Gleichzeitig besteht die Möglichkeit, dass die Sende- und Empfangseinheit lediglich am Gasanalysegerät vorgesehen ist. Hierdurch werden dann die Analyseergebnisse für das Gas weitergeleitet, beispielsweise an eine zentrale Speichereinheit oder an die Steuereinheit für die Erzeugung. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine Biogasanlage oder dergleichen. In this context, it is considered favorable if a transmitting and receiving unit for remote transmission of the operating parameters, control commands or analysis results is provided. The transmitting and receiving unit may be assigned to the memory unit or the control unit. At the same time there is the possibility that the transmitting and receiving unit is provided only on the gas analyzer. As a result, the analysis results for the gas are then forwarded, for example to a central storage unit or to the control unit for the generation. This is, for example, a biogas plant or the like.

Ein weiterer Vorteil dieses Konzeptes ist das vollständige Aufzeichnen aller wichtigen Messdaten zur Protokollierung der Anlagen-Effizienz und zur Optimierung des Prozesses. So kann der Betreiber zum Beispiel anhand der Daten feststellen ob der tatsächlich gemessene Wert realistisch ist, da auch Betriebsparameter, wie zum Beispiel Temperaturen, ebenfalls übertragen werden und so die Validierung der Messwerte erleichtern.Another advantage of this concept is the complete recording of all important measurement data for logging plant efficiency and optimizing the process. For example, the operator can use the data to determine whether the actual measured value is realistic, as operating parameters such as temperatures are also transmitted, thus facilitating the validation of the measured values.

Eine als günstig angesehene Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anlage sieht vor, dass das Gasanalysegerät zur Messung der Gasbestandteile verwendbar ist. Bei den Gasbestandteilen handelt es sich insbesondere um die Gehalte an Methan (CH₄), Kohlendioxid (CO₂), Sauerstoff (O₂), Schwefelwasserstoff (H₂S) und Wasserstoff (H₂) im Gas. Das Gasanalysegerät bleibt selbstverständlich nicht auf die Messung der vorgenannten Gasbestandteile beschränkt. Vielmehr ist eine Anpassung des Gasanalysegerätes an das zu messende Gas denkbar. Hierdurch kann eine Ausrichtung der Anlage am Einsatzzweck erfolgen. An embodiment of the system according to the invention which is regarded as favorable provides that the gas analyzer can be used to measure the gas constituents. The gas components are in particular the contents of methane (CH ₄ ), carbon dioxide (CO ₂ ), oxygen (O ₂ ), hydrogen sulfide (H ₂ S) and hydrogen (H ₂ ) in the gas. Of course, the gas analyzer is not limited to the measurement of the aforementioned gas components. Rather, an adaptation of the gas analyzer to the gas to be measured is conceivable. As a result, an alignment of the system can be done on purpose.

In der Anlage ist bevorzugt eine Pumpe für die Zuführung des Gases zum Gasanalysegerät vorgesehen. Hierdurch wird eine definierte Menge von Gas aus einem Gasstrom entnommen und zum Analysegerät gepumpt, um dort die Zusammensetzung des Gases zu bestimmen. In the system, a pump for supplying the gas to the gas analyzer is preferably provided. As a result, a defined amount of gas is taken from a gas stream and pumped to the analyzer to determine there the composition of the gas.

In einem Ausführungsbeispiel wird ein zu kühlendes Biogas mittels einer Pumpe des Gasanalysegerätes von der Entnahmestelle bis an die Sensoren gezogen. Da derartige Pumpen beispielsweise eine maximale Saugleistung von 40 L/h oder weniger haben, sollte die Entnahmestelle (Messstelle) nicht weiter als 10m vom Analysegerät entfernt sein. So ist sichergestellt das auch wirklich frisches Gas bei den Sensoren ankommt. Aufgrund der Möglichkeit, die erfindungsgemäße Anlage in unmittelbarer Nähe zur Entnahmestelle zu positionieren, entfällt vorteilhaft die Anordnung weiterer Pumpen. In one embodiment, a biogas to be cooled is drawn by means of a pump of the gas analyzer from the sampling point to the sensors. For example, since such pumps have a maximum suction capacity of 40 L / h or less, the sampling point should not be more than 10 m away from the analyzer. This ensures that really fresh gas arrives at the sensors. Because of the possibility To position the system according to the invention in close proximity to the sampling point, advantageously eliminating the need for additional pumps.

Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anlage sieht vor, dass diese mehrere Gasanalysegeräte umfasst, die beispielsweise von einer zentralen Steuereinheit überwacht und gesteuert werden. Über eine Bussystem wird die Anbindung und der Austausch einzelner Geräte bzw. Module wesentlich vereinfacht. A development of the system according to the invention provides that it comprises a plurality of gas analyzers, which are monitored and controlled, for example, by a central control unit. The connection and exchange of individual devices or modules is considerably simplified via a bus system.

Die erfindungsgemäße Anlage ist bevorzugt als Teil einer Anlage zur Gewinnung von Gas vorgesehen. Die Anlage ist dabei günstigerweise in unmittelbarer Nähe zu einer Gasentnahmestation angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass stets frisches Gas, d. h. Gas, das erst vor kurzem produziert oder gewonnen wurde, gemessen wird. Lange Stand- und Lagerzeiten des Gases in einer Zuführleitung werden so vermieden. Die Schwankungen in der Gasqualität können somit unmittelbarer detektiert werden. Bedingt durch die Tatsache, dass die Anlage in unmittelbarer Nähe zu einer Gasentnahmestation angeordnet werden kann, ergibt sich der Vorteil, dass hier lediglich eine sehr kurze Zuführleitung benötigt wird. Diese kann durch das Heizmedium in optimaler Art und Weise temperiert werden. Der Energiebedarf für eine Beheizung einer längeren Leitung, wie dies beispielsweise bei den aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen der Fall ist, entfällt vollständig. Die erfindungsgemäße Anlage bietet somit mehrere Vorteile, zum einen kann mit einem wesentlich geringeren Energieaufwand eine Beheizung der Zuführleitung durchgeführt werden, zum anderen kann eine einzige Einheit bzw. ein Modul sowohl für die Herstellung eines Kühlluftstroms als auch eines Heizmediums verwendet werden. Dies verringert die Baumaße der Anlage und erlaubt eine kostengünstigere Herstellung. Genutzt wird eine Druckluftquelle, die ohnehin im Bereich von Gasentnahmestationen vorhanden ist. Diese Ausgestaltung der Anlage mit einer Wirbelkammer bzw. einem sogenannten Wirbelrohr, das nach dem Ranque-Effekt funktioniert, gewährleistet auch die Konformität der Anlage mit den ATEX-Richtlinien der Europäischen Union bzw. sämtlichen weiteren Explosionsschutz-Richtlinien, wie z. B. die IECEX-, FM- und GOST-Richtlinie. Hinzu tritt, dass auch das Gasanalysegerät, das in der erfindungsgemäßen Anlage Verwendung findet, die ATEX-Richtlinien erfüllt, da dieses Analysegerät stromnetzunabhängig betrieben werden kann. Die Stromversorgung erfolgt über eine Batterie im Inneren des Gasanalysegerätes. Der kostengünstige Aufbau und Betrieb der Anlage wird auch durch deren Modularität begünstigt. The plant according to the invention is preferably provided as part of a plant for the production of gas. The system is conveniently arranged in the immediate vicinity of a gas extraction station. This offers the advantage that always fresh gas, d. H. Gas that has only recently been produced or produced is measured. Long storage and storage times of the gas in a supply line are thus avoided. The fluctuations in the gas quality can thus be detected more directly. Due to the fact that the system can be arranged in the immediate vicinity of a gas sampling station, there is the advantage that only a very short supply line is needed here. This can be tempered by the heating medium in an optimal manner. The energy requirement for heating a longer line, as is the case, for example, in the case of the systems known from the prior art, is completely eliminated. The system according to the invention thus offers several advantages; on the one hand, heating of the supply line can be carried out with a significantly lower expenditure of energy; on the other hand, a single unit or a module can be used both for the production of a cooling air flow and a heating medium. This reduces the dimensions of the plant and allows a more cost-effective production. Used is a compressed air source, which is already available in the range of gas sampling stations. This design of the system with a vortex tube or a so-called vortex tube, which works according to the Ranque effect, also ensures the conformity of the system with the ATEX directives of the European Union and all other explosion protection guidelines, such. Eg the IECEX, FM and GOST guidelines. In addition, the gas analyzer used in the system according to the invention also complies with the ATEX directives, since this analyzer can be operated independently of the power supply. Power is supplied by a battery inside the gas analyzer. The cost-effective construction and operation of the system is also favored by their modularity.

Weitere Vorteile, Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, jedoch nicht beschränkender Ausführungsformen der Erfindung anhand der schematischen, nicht maßstabsgetreuen Zeichnungen. Es zeigen: Further advantages, features and features of the invention will become apparent from the following description of preferred, but not limiting embodiments of the invention with reference to the schematic, not to scale drawings. Show it:

1a und 1b den schematisierten Aufbau einer Anlage zur Gasanalyse gemäß der vorliegenden Erfindung, 1a and 1b the schematic structure of a system for gas analysis according to the present invention,

2 eine bevorzugte Ausführungsform eines in der erfindungsgemäßen Temperier-Vorrichtung verwendbaren Wärmetauschers. 2 A preferred embodiment of a usable in the tempering device according to the invention heat exchanger.

1a stellt schematisch den Aufbau einer Anlage 10 zur Gasanalyse dar. Diese umfasst wenigstens eine Temperier-Vorrichtung 100, wenigsten ein Gasanalysegerät 80, und wenigstens eine Steuereinheit 11. Die Temperier-Vorrichtung 100 stellt gleichzeitig ein Kühlmedium zur Kühlung des Gases und ein Heizmedium zur Temperierung einer Zuführleitung 70 für das Gas zur Verfügung. Über die in der Anlage 10 vorgesehene Sensoren 30, 31 erfolgt beispielsweise eine Erfassung der Temperatur des Gases bei Eingang in die Anlage 10, des Gases bei Eintritt in den Kühlkörper 40 eines Wärmetauschers, des Gases bei Eintritt in das Gasanalysegerät 80. Gleichzeitig kann die Umgebungstemperatur und/oder die Temperatur der Zuführleitung 70 überwacht werden. 1a represents schematically the structure of a plant 10 for gas analysis. This comprises at least one tempering device 100 , at least one gas analyzer 80 , and at least one control unit 11 , The tempering device 100 simultaneously provides a cooling medium for cooling the gas and a heating medium for temperature control of a supply line 70 for the gas available. About in the plant 10 provided sensors 30 . 31 For example, a detection of the temperature of the gas when entering the system 10 , the gas entering the heat sink 40 a heat exchanger, the gas entering the gas analyzer 80 , At the same time, the ambient temperature and / or the temperature of the supply line 70 be monitored.

Die Steuereinheit 11 steuert die Temperier-Vorrichtung 100 in Abhängigkeit von der ermittelten Temperaturwerten, und stellt die Kühlleistung und Heizleistung der Temperier-Vorrichtung 100 jeweils unabhängig voneinander ein. Kern der Temperier-Vorrichtung 100 ist ein Wirbelrohr. Dessen zylindrische Wirbelkammer 12 dient, unter Ausnutzung des Ranque-Effektes, zur gleichzeitigen Erzeugung eines kalten Luftstroms 211 und eines warmen Luftstroms 221 aus einem tangential in die Wirbelkammer 12 einströmenden Luftstrom. Der kalte Luftstroms 211 wird als Kühlmedium in den Kühlkörper 40 der Kühlvorrichtung der Anlage 10 verwendet, während der warme Luftstrom 221 als Heizmedium in der der Zuführleitung 70 vorgesehen ist. Druck und Volumen der in die Temperier-Vorrichtung 100 bzw. das Wirbelrohr 12 eingeleiteten Luft können dabei manuell und/oder über die Steuereinheit 11 eingestellt werden.The control unit 11 controls the tempering device 100 depending on the determined temperature values, and provides the cooling capacity and heating power of the temperature control device 100 each independently. Core of the tempering device 100 is a vortex tube. Its cylindrical vortex chamber 12 Utilizes the Ranque effect to simultaneously generate a cold airflow 211 and a warm airflow 221 from a tangential to the vortex chamber 12 incoming airflow. The cold air flow 211 is used as a cooling medium in the heat sink 40 the cooling device of the plant 10 used while the warm airflow 221 as heating medium in the supply line 70 is provided. Pressure and volume of the temperature control device 100 or the vortex tube 12 introduced air can thereby manually and / or via the control unit 11 be set.

Die Anlage 10 bzw. die dort vorgesehene Temperier-Vorrichtung 100 weist wenigstens je ein Ventil 20, 21, 22 für das Kühlmedium und das Heizmedium auf. Wenigstens eines der Ventile 20, 21, 22 kann dabei als Drei-Wege-Ventil ausgebildet werden. Die Ventilsteuerung erfolgt über die Steuereinheit 11. The attachment 10 or the temperature control device provided there 100 at least one valve each 20 . 21 . 22 for the cooling medium and the heating medium. At least one of the valves 20 . 21 . 22 can be designed as a three-way valve. Valve control is via the control unit 11 ,

Ein mit der Temperier-Vorrichtung 100 verbundener Kühlkörper 40 kühlt das zu messende Gas und verursacht dadurch das Auskondensieren der im Gas gelösten Feuchtigkeit. Ein Ventil 20 schaltet dabei das Wirbelrohr ein. Abhängig von der an den Sensoren 30, 31 gemessenen Temperaturen regelt Ventil 20 die Druckluft 50 entweder auf oder ab. Ein weiteres Ventil 22 wird verwendet um die Gasentnahme- bzw. Zuführleitung 70 zu beheizen. Die Sensoren ermitteln auch die Temperatur am Anfang der Zuführleitung 70 bzw. an der Gasentnahmestelle 60. Über diese Temperaturmessung an bzw. in der Nähe der Gasentnahmestelle 60 bzw. am Anfang der Zuführleitung 70 stellt sicher dass die komplette Leitung temperiert wird. Falls ein Heizen der Zuführleitung 70 nicht erforderlich sein sollte, wird die warme Luft als Abluft 90 an die Umgebung abgegeben.One with the tempering device 100 connected heat sink 40 cools the gas to be measured and thereby causes the condensation of dissolved moisture in the gas. A valve 20 turns on the vortex tube. Depends on the on the sensors 30 . 31 measured temperatures controls valve 20 the compressed air 50 either up or down. Another valve 22 is used around the gas extraction or supply line 70 to heat. The sensors also determine the temperature at the beginning of the supply line 70 or at the gas sampling point 60 , About this temperature measurement at or near the gas sampling point 60 or at the beginning of the supply line 70 Ensures that the entire line is tempered. If heating the supply line 70 should not be required, the warm air is considered exhaust air 90 delivered to the environment.

Die Steuereinheit 11 umfasst auch ein Störmelderelais sowie eine RS485 Schnittstelle die von einem in der Steuereinheit 11 integrierten Mikrokontroller gesteuert werden. Das Störmelderelais fällt ab, wenn die Temperatur des Kühlkörpers 40 nicht mit dem eingestellten Sollwert übereinstimmt. Die RS485 Schnittstelle wird für den Anschluss an den bereits durch das Gasanalysegerät etablierten Bus benötigt. Da jede Entnahmestelle für feuchtes Gas (zum Beispiel bei Messstellen direkt am Fermenter einer Biogasanalage) über einen eigenen Kühlkörper 40 verfügt, wird hier der zum Zeitpunkt der Gasqualitätsmessung vorherrschende Zustand des Kühlkörpers 40 abgefragt. Zum Zustand gehören:

– Die aktuelle Temperatur des Kühlkörpers 40,
– Die aktuelle Temperatur der Zuführleitung 70, sowie
– Weitere Betriebsparameter wie Umgebungstemperatur etc..

The control unit 11 Also includes a fault message relay and an RS485 interface from one in the control unit 11 be controlled integrated microcontroller. The fault signal relay drops off when the temperature of the heat sink 40 does not match the set value. The RS485 interface is required for connection to the already established by the gas analyzer bus. Each extraction point for moist gas (for example at measuring points directly on the fermenter of a biogas plant) has its own heat sink 40 has, here is the prevailing state of the heat sink at the time of gas quality measurement 40 queried. The condition includes:

- The current temperature of the heat sink 40 .
- The current temperature of the supply line 70 , such as
- Other operating parameters such as ambient temperature etc.

Alle dieser Werte werden später von einem Prozessrechner für jeden der zu erfassenden Messwerte gespeichert.All of these values are later saved by a process computer for each of the measured values to be acquired.

In 1b wird ein mit 1a vergleichbarer Aufbau dargestellt. Die Zuführleitung 70 weist dabei lediglich insgesamt zwei Abschnitte 70a, 70b auf. Während der erste Abschnitt 70a dem Kühlkörper 40 vorgelagert angeordnet ist, verläuft der zweite Abschnitt 70b zwischen Kühlkörper 40 und Gasanalysegerät 80. Während der warme Luftstrom 221 im ersten Abschnitt 70a ein Einfrieren der Zuführleitung 70 bzw. der im Gas mitgeführten Feuchtigkeit verhindert, bewirkt er im zweiten Abschnitt 70b eine Temperierung bzw. Konditionierung des Gasstromes vor Einleiten in das Gasanalysegerät 80. Im zweiten Abschnitt wird somit die Einstellung der Gastemperatur auf einen Temperatur-Sollwert für die Analyse durchgeführt. Das Ventil 22 steuert dabei, insbesondere auch rückkoppelnd mit dem dem zweiten Abschnitt zugeordneten weiteren Temperatursensor 32 den Fluss des warmen Luftstroms 221. In 1b will be one with 1a comparable structure shown. The feed line 70 has only a total of two sections 70a . 70b on. During the first section 70a the heat sink 40 is arranged upstream, runs the second section 70b between heat sink 40 and gas analyzer 80 , During the warm airflow 221 in the first part 70a a freezing of the supply line 70 or prevented in the gas entrained moisture, it causes in the second section 70b a tempering or conditioning of the gas stream prior to introduction into the gas analyzer 80 , In the second section, the gas temperature is set to a temperature set point for the analysis. The valve 22 controls, in particular also feedback with the second temperature associated with the other temperature sensor 32 the flow of warm airflow 221 ,

2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Kühlvorrichtung. Diese ist als Wärmetauscher mit plattenförmigem Kühlkörper 40 ausgebildet. Die Platte 47 weist eine Vorderseite 44 und eine Rückseite 46 auf. In Vorderseite 44 und Rückseite 46 sind getrennte Leitungen 41, 42 für das Kühlmedium und das Gas angeordnet. Kühlmedium und Gas durchlaufen den Kühlkörper 40 gleich- oder gegenströmend. Die Leitungen 41, 42 sind im Wesentlichen mäandrierend in der Platte 47 angeordnet. Die Leitungsabschnitte 43 sind dabei jeweils so in Vorderseite 44 und eine Rückseite 46 angeordnet, dass ein optimaler Wärmeaustausch erfolgen kann und die Gastemperatur zügig reduziert wird. 2 shows a preferred embodiment of the cooling device. This is as a heat exchanger with plate-shaped heat sink 40 educated. The plate 47 has a front 44 and a back 46 on. In front 44 and back 46 are separate lines 41 . 42 arranged for the cooling medium and the gas. Cooling medium and gas pass through the heat sink 40 equal or countercurrent. The wires 41 . 42 are essentially meandering in the plate 47 arranged. The pipe sections 43 are each so in front 44 and a back 46 arranged that an optimal heat exchange can take place and the gas temperature is reduced rapidly.

Im Kühlkörper 40 wird das zu messende Gas abgekühlt und dadurch das Auskondensieren der im Gas gelösten Feuchtigkeit bewirkt. Das gebildete Kondensat wird in einem nicht dargestellten Abscheider gesammelt. Das getrocknete, gekühlte Gas wird an das Gasanalysegerät 80 weitergeleitet und dort analysiert werden. Über die in der Platte 47 vorgesehenen Bohrungen 45 kann ein Verschlussdeckel (nicht gezeigt) mit der Platte 47 verbunden werden. In the heat sink 40 the gas to be measured is cooled, thereby causing the condensation of the moisture dissolved in the gas. The condensate formed is collected in a separator, not shown. The dried, cooled gas is sent to the gas analyzer 80 forwarded and analyzed there. About in the plate 47 provided holes 45 can a cap (not shown) with the plate 47 get connected.

Die erfindungsgemäße Anlage 10 zeichnet sich vor allem durch die mögliche Verwendung in explosionsgefährdeten-Bereichen aus. Die Verwendung von sowohl kalten als auch dem warmen Luftstrom erspart hohe Anschaffungskosten für einer Leitungsbegleitheizung und einer davon unabhängigen Kühlvorrichtung. Die Anlage 10 weist erfindungsgemäß eine modulare Bauweise auf und ermöglicht eine Messung der Gasqualität direkt an der Gasentnahmestelle 60. Die Verlegung langer Gasentnahme- bzw. Zuführleitungen 70 entfällt und die Kosten für Zuführleitungen 70 und sowie Begleitheizung können eingespart werden.The inventive system 10 is characterized mainly by the possible use in potentially explosive areas. The use of both cold and warm airflow saves high investment costs for a line trace heating and independent cooling device. The attachment 10 according to the invention has a modular design and allows a measurement of the gas quality directly at the gas sampling point 60 , The laying of long gas extraction or supply lines 70 deleted and the cost of supply lines 70 and as well as heat tracing can be saved.

Claims

Tempering device ( 100 ) for a gas, in particular gas comprising: - at least one supply line ( 70 ) for the gas, - at least one with the supply line ( 70 ) connected to the gas, characterized by a cylindrical vortex chamber ( 12 ) for the simultaneous generation of a cold air stream ( 211 ) and a warm air stream ( 221 ) from a tangential into the vortex chamber ( 12 ) incoming air stream after the Ranque effect, wherein a supply line of the cold air flow ( 211 ) as a cooling medium to the cooling device and the warm air flow ( 221 ) as heating medium to the supply line ( 70 ) is provided.

Tempering device ( 100 ) according to claim 1, characterized in that a compressed air flow is provided as the air flow.

Tempering device ( 100 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling device as a heat exchanger with separate Cables ( 41 . 42 ) is formed for the cooling medium and the gas.

Tempering device ( 100 ) according to claim 3, characterized in that the cooling medium and gas, the heat exchanger or a heat exchanger provided in the heat sink ( 40 ) pass through in the same direction or countercurrently.

Tempering device ( 100 ) according to claim 3 or 4, characterized in that the heat exchanger as a plate ( 47 ) with at least one substantially meandering in the plate ( 47 ) arranged line ( 41 . 42 ) for the gas and at least one substantially meandering in the plate ( 47 ) arranged line ( 41 . 42 ) is formed for the cooling medium.

Tempering device ( 100 ) according to claim 3 or 4, characterized in that the heat exchanger of a plurality of interconnectable, preferably concentrically arranged inside lines ( 41 . 42 ) is formed for the gas and the cooling medium having modules, wherein the lines ( 41 . 42 ) are arranged in particular spirally.

Tempering device ( 100 ) according to claim 6, characterized in that the modules are releasably connected to one another, in particular screwed, latched, or plug-in and connections for the supply ( 70 ) and the line ( 40 . 41 ) are provided for the cooling medium having termination modules.

Tempering device ( 100 ) according to claim 6 or 7, characterized in that the modules are designed as a turned part, milled part or cast part.

Tempering device ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a condensate separator is provided in the cooling device.

Tempering device ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device for a temperature of the gas to between -25 ° C and 40 ° C, in particular to between -10 ° C and 25 ° C, preferably to between 0 ° C and 10 ° C is particularly preferably provided between + 3 ° C and + 5 ° C.

Tempering device ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the supply line ( 70 ) is formed two-chambered, in particular double-walled and one of the feed ( 70 ) associated heating line, wherein the heating medium is introduced into the heating line.

Tempering device ( 100 ) according to claim 11, characterized in that the heating line is coaxial with the supply line ( 70 ) is arranged.

Tempering device ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the gas is moisture-laden gas, in particular gas selected from the group consisting of biogas, sewage gas, mine gas, natural gas, landfill gas or mixtures thereof.

Tempering device ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the tempering device ( 100 ) Complies with ATEX, IECEX, GOST and / or FM guidelines.

Tempering device ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the supply line ( 70 ) a first, as a supply line ( 70 ) to the tempering device ( 100 ) section ( 70a ) and at least one second, in particular the tempering device ( 100 ) downstream and as a supply line ( 70 ) to a gas analyzer section ( 70b ), wherein the warm air flow ( 221 ) as heating medium in the first and / or second section ( 70a . 70b ) is provided.

Tempering device ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized by a controller for selectively introducing the warm air flow ( 221 ) in the first and / or the second section ( 70a . 70b ).

Tempering device ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the second section ( 70b ) of the supply line ( 70 ) a temperature of the gas to between 4 ° C and 40 ° C, in particular to between 10 ° C and 20 ° C, preferably to between 11 ° C and 15 ° C is provided.

Investment ( 10 ) for gas analysis comprising: - at least one tempering device ( 100 ) as defined in any one of claims 1 to 17, - at least one gas analyzer ( 80 ), - at least one control unit ( 11 ), characterized in that the tempering device ( 100 ) simultaneously a cooling medium for cooling the gas and a heating medium for controlling the temperature of a supply line ( 70 ) for the gas.

Investment ( 10 ) according to claim 18, characterized in that sensors ( 30 . 31 ) for the detection of the temperature of the gas at removal, when entering the plant ( 10 ), when entering the heat sink ( 40 ), when entering the gas analyzer ( 80 ), of the Ambient temperature and / or the temperature of the supply line ( 70 ) are provided.

Investment ( 10 ) according to claim 18 or 19, characterized in that a control of the temperature control device ( 100 ) is provided as a function of the determined temperature values, wherein the control unit ( 11 ) the cooling capacity and heating power of the temperature control device ( 100 ) controls in each case independently of each other.

Investment ( 10 ) according to any one of claims 18 to 20, characterized in that pressure and volume of the in the tempering device ( 100 ) or the vortex tube ( 12 ) introduced air, manually and / or via the control unit ( 11 ) is adjustable.

Investment ( 10 ) according to one of claims 18 to 21, characterized in that the tempering device ( 100 ) at least one valve each ( 20 . 21 . 22 ) for the cooling medium and the heating medium, in particular wherein at least one of the valves ( 20 . 21 . 22 ) is designed as a three-way valve and closing or opening the valve ( 20 . 21 . 22 ) by the control unit ( 11 ) he follows.

Investment ( 10 ) according to claim 22, characterized in that at least one of the valves ( 20 . 21 . 22 ) for selectively introducing the warm air flow ( 221 ) in the first or the second section ( 70a . 70b ) or in both sections ( 70a . 70b ) of the supply line is provided.

Investment ( 10 ) according to one of claims 18 to 23, characterized in that the gas analyzer ( 80 ) is designed as a replacement device.

Investment ( 10 ) according to one of claims 18 to 24, characterized in that in each case one of the at least one tempering device ( 100 ), the at least one gas analyzer ( 80 ) and / or the at least one control unit ( 11 ) supporting base plate is provided.

Investment ( 10 ) according to one of claims 18 to 27, characterized in that the gas analyzer ( 80 ), the tempering device ( 100 ) and / or the at least one control unit ( 11 ) detachable in the system ( 10 ) is / are arranged.

Investment ( 10 ) according to claim 26, characterized in that holders for each of the gas analyzer ( 80 ), the tempering device ( 100 ) and / or the at least one control unit ( 11 ) or for each of the gas analyzer ( 80 ), the tempering device ( 100 ) and / or the at least one control unit ( 11 ) supporting base plates are provided.

Investment ( 10 ) according to one of claims 18 to 27, characterized in that the control unit ( 11 ) an interface for the gas analyzer ( 80 ) and / or the tempering device ( 100 ), in particular for the automatic detection and integration of the gas analyzer ( 80 ) and / or the tempering device ( 100 ) in the annex ( 10 ) having.

Investment ( 10 ) according to one of claims 18 to 28, characterized in that a memory unit for operating parameters and / or analysis results is provided.

Investment ( 10 ) according to one of claims 18 to 29, characterized by a transmitting and receiving unit for remote transmission of operating parameters, control commands and / or analysis results.

Investment ( 10 ) according to one of claims 18 to 30, characterized in that the gas analyzer ( 80 ) for measuring the gas components, in particular the content of methane (CH ₄ ), carbon dioxide (CO ₂ ), oxygen (O ₂ ), hydrogen (H ₂ ) and / or hydrogen sulfide (H ₂ S) is provided in the gas.

Investment ( 10 ) according to one of claims 18 to 31, characterized in that a pump for the supply of the gas is provided.

Investment ( 10 ) according to one of claims 18 to 32, characterized in that several gas analyzers ( 80 ) in the plant ( 10 ) are provided.

Investment ( 10 ) according to one of claims 18 to 33, characterized in that the plant ( 10 ) in the immediate vicinity of a gas sampling point ( 60 ) is arranged.

Investment ( 10 ) according to one of claims 18 to 34, characterized in that the plant ( 10 ) Complies with the ATEX, IECEX, GOST and / or FM directives.