DE202022106748U1 - Gas analysis device - Google Patents

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Abstract

Gasanalysevorrichtung (13) zum Analysieren eines Messgases, das in einer Messgas-Strömungsrichtung (12) durch einen Strömungskanal (11) strömt, mit
- einer Messlanze (14), die zur Befestigung an oder in dem Strömungskanal (11) ausgebildet ist und einen von dem Messgas in der Messgas-Strömungsrichtung (12) durchströmbaren Messbereich (25) definiert, wobei die Messlanze (14) eine optische Messeinheit (25) aufweist, die über wenigstens eine optische Grenzfläche (20) messtechnisch an den Messbereich (25) angebunden ist und dazu ausgebildet ist, anhand einer optischen Messung wenigstens einen Parameter einer in dem Messbereich (25) befindlichen Gasmenge zu ermitteln, und mit
- einer Spülvorrichtung (27), die dazu ausgebildet ist, ein Spülgas zumindest in einen an die optische Grenzfläche (20) angrenzenden Spülbereich einzubringen, wobei die Spülvorrichtung (27) dazu ausgebildet ist, einen Spülgasvorhang (35, 45) zu erzeugen, der durch eine im befestigten Zustand der Messlanze (14) parallel zur Messgas-Strömungsrichtung (12) verlaufende Spülgasströmung gebildet ist, und wobei sich zumindest ein Funktionsabschnitt (33) des Spülgasvorhangs (35, 45) über die wenigstens eine optische Grenzfläche (20) hinweg erstreckt und in der Messlanze (14) eine mit dem Spülgasvorhang (35, 45) fluchtende oder zumindest im Wesentlichen fluchtende Spülgas-Abführöffnung (37) ausgebildet ist.

Figure DE202022106748U1_0000
Gas analysis device (13) for analyzing a measuring gas flowing in a measuring gas flow direction (12) through a flow channel (11), with
- a measuring lance (14) which is designed to be attached to or in the flow channel (11) and defines a measuring region (25) through which the measuring gas can flow in the measuring gas flow direction (12), wherein the measuring lance (14) has an optical measuring unit (25) which is connected to the measuring region (25) via at least one optical interface (20) and is designed to determine at least one parameter of a gas quantity in the measuring region (25) using an optical measurement, and with
- a purging device (27) which is designed to introduce a purging gas at least into a purging region adjacent to the optical interface (20), wherein the purging device (27) is designed to generate a purging gas curtain (35, 45) which is formed by a purging gas flow running parallel to the measuring gas flow direction (12) in the attached state of the measuring lance (14), and wherein at least one functional section (33) of the purging gas curtain (35, 45) extends beyond the at least one optical interface (20) and a purging gas discharge opening (37) which is aligned or at least substantially aligned with the purging gas curtain (35, 45) is formed in the measuring lance (14).
Figure DE202022106748U1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasanalysevorrichtung zum Analysieren eines Messgases, das in einer Messgas-Strömungsrichtung durch einen Strömungskanal strömt, mit

  • - einer Messlanze, die zur Befestigung an oder in dem Strömungskanal ausgebildet ist und einen von dem Messgas in der Messgas-Strömungsrichtung durchströmbaren Messbereich definiert, wobei die Messlanze eine optische Messeinheit aufweist, die über wenigstens eine optische Grenzfläche messtechnisch an den Messbereich angebunden ist und dazu ausgebildet ist, anhand einer optischen Messung wenigstens einen Parameter einer in dem Messbereich befindlichen Gasmenge zu ermitteln, und mit
  • - einer Spülvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein Spülgas zumindest in einen an die optische Grenzfläche angrenzenden Spülbereich einzubringen.
The invention relates to a gas analysis device for analyzing a measuring gas flowing through a flow channel in a measuring gas flow direction, with
  • - a measuring lance which is designed to be attached to or in the flow channel and defines a measuring area through which the measuring gas can flow in the measuring gas flow direction, wherein the measuring lance has an optical measuring unit which is connected to the measuring area via at least one optical interface and is designed to determine at least one parameter of a gas quantity in the measuring area based on an optical measurement, and with
  • - a purging device which is designed to introduce a purging gas at least into a purging region adjacent to the optical interface.

Derartige Vorrichtungen dienen beispielsweise zur Bestimmung der Konzentration von Gasen oder Feststoffpartikeln in industriellen Abgasschornsteinen, zur Fackelgasüberwachung, zur Dampfrückgewinnungs-Überwachung oder zur Überwachung von Verbrennungsprozessen und chemischen Prozessen. Die optische Messeinheit umfasst üblicherweise einen Sender zum Aussenden von elektromagnetischen Strahlen in den Strömungskanal sowie einen Empfänger zum Empfangen von transmittierter, reflektierter oder gestreuter elektromagnetischer Strahlung. Optische Messeinheiten, die auf der Detektion von transmittiertem Licht beruhen, können zweiteilig ausgeführt sein. Es sind auch optische Messeinheiten bekannt, die eine Kombination aus Sender und Empfänger sowie einen gegenüberliegenden Reflektor aufweisen. Bei der optischen Grenzfläche kann es sich um die dem Messgasstrom zugewandte Vorderseite eines Sichtfensters oder eines Linsenelements handeln, das die optische Messeinheit vom Messgas trennt.Such devices are used, for example, to determine the concentration of gases or solid particles in industrial exhaust chimneys, for flare gas monitoring, for vapor recovery monitoring or for monitoring combustion processes and chemical processes. The optical measuring unit usually comprises a transmitter for emitting electromagnetic rays into the flow channel and a receiver for receiving transmitted, reflected or scattered electromagnetic radiation. Optical measuring units that are based on the detection of transmitted light can be designed in two parts. Optical measuring units are also known that have a combination of transmitter and receiver and an opposite reflector. The optical interface can be the front side of a viewing window or a lens element facing the measuring gas flow, which separates the optical measuring unit from the measuring gas.

Das Spülen der optischen Grenzfläche mit einem Spülgas dient der Reinhaltung des Sichtfensters der optischen Messeinheit und verhindert insbesondere, dass die optische Grenzfläche während des Betriebs der Gasanalysevorrichtung verschmutzt, beschlägt oder korrodiert. Derartige Verschmutzungen stellen in der Praxis ein beträchtliches Problem dar, weil sie das auswertbare Signal verschlechtern, die Messgenauigkeit beeinträchtigen oder sogar zu Verfälschungen der Messung führen können.Flushing the optical interface with a purge gas keeps the viewing window of the optical measuring unit clean and, in particular, prevents the optical interface from becoming dirty, fogged up or corroded during operation of the gas analysis device. Such contamination represents a considerable problem in practice because it can impair the evaluable signal, impair the measurement accuracy or even lead to falsification of the measurement.

Das Spülgas begrenzt außerdem die Messstrecke und verhindert ein Eindringen von Messgas in die optische Messeinheit.The purge gas also limits the measuring section and prevents measuring gas from entering the optical measuring unit.

Als Spülgase können insbesondere Umgebungsluft, Druckluft, Wasserdampf oder Stickstoff eingesetzt werden. Die Spülvorrichtung ist in gängiger Weise an eine geeignete Spülgasquelle angeschlossen und weist eine Spülgaszuführungseinheit auf, die das Spülgas der optischen Grenzfläche zuführt.Ambient air, compressed air, water vapor or nitrogen can be used as purge gases. The purge device is connected in the usual way to a suitable purge gas source and has a purge gas supply unit that supplies the purge gas to the optical interface.

In der Praxis ist eine Dosierung des zugeführten Spülgases schwierig. Zu viel Spülgas führt zu einer Verdünnung des Messgases und somit zu falschen Messwerten. Außerdem ist eine große Menge an eingesetztem Spülgas mit hohen Betriebskosten verbunden. Zu wenig Spülgas bewirkt dagegen eine unbemerkte Vergrößerung der Messstrecke und erhöht das Verschmutzungsrisiko. Erschwerend kommt hinzu, dass sich die benötigte Menge an Spülgas in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen ändern kann.In practice, it is difficult to dose the purge gas supplied. Too much purge gas leads to a dilution of the measuring gas and thus to incorrect measured values. In addition, a large amount of purge gas used is associated with high operating costs. Too little purge gas, on the other hand, causes an unnoticed increase in the measuring section and increases the risk of contamination. To make matters worse, the amount of purge gas required can change depending on the ambient conditions.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, bei Gasanalysevorrichtungen der vorstehend genannten Art den Spülgasverbrauch zu senken, ohne die Zuverlässigkeit der Messung zu beeinträchtigen.It is an object of the invention to reduce the purge gas consumption in gas analysis devices of the type mentioned above without impairing the reliability of the measurement.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The problem is solved by a device having the features of claim 1.

Erfindungsgemäß ist die Spülvorrichtung dazu ausgebildet, einen Spülgasvorhang zu erzeugen, der durch eine im befestigten Zustand der Messlanze parallel zur Messgas-Strömungsrichtung verlaufende Spülgasströmung gebildet ist, wobei sich zumindest ein Funktionsabschnitt des Spülgasvorhangs über die wenigstens eine optische Grenzfläche hinweg erstreckt und in der Messlanze eine zumindest im Wesentlichen mit dem Spülgasvorhang fluchtende Spülgas-Abführöffnung ausgebildet ist.According to the invention, the purging device is designed to generate a purge gas curtain which is formed by a purge gas flow running parallel to the measuring gas flow direction in the attached state of the measuring lance, wherein at least one functional section of the purge gas curtain extends beyond the at least one optical interface and a purge gas discharge opening is formed in the measuring lance which is at least substantially aligned with the purge gas curtain.

Bei einer erfindungsgemäßen Gasanalysevorrichtung streicht also ein dünner Film aus Spülgas über die optische Grenzfläche und schützt diese vor Aerosolen und dergleichen. Dadurch ist der Verbrauch an Spülgas reduziert. Eine unerwünschte Verdünnung des Messgases wird dadurch verhindert, dass das Spülgas in die gleiche Richtung strömt wie das Messgas und über die Spülgas-Abführöffnung weitgehend umlenkungsfrei aus der Messlanze austreten kann. Es kommt also zu keinen Stauungen von Spülgas und zu keinem Einleiten von Spülgas in die Messstrecke.In a gas analysis device according to the invention, a thin film of purge gas passes over the optical interface and protects it from aerosols and the like. This reduces the consumption of purge gas. Undesirable dilution of the measuring gas is prevented by the purge gas flowing in the same direction as the measuring gas and being able to exit the measuring lance via the purge gas discharge opening with little deflection. This means that there is no build-up of purge gas and no introduction of purge gas into the measuring section.

Zur Erzeugung des Spülgasvorhangs kann die Spülvorrichtung mit einem Luftmesser-System beziehungsweise Luftklingen-System ausgestattet sein. Solche Systeme werden auch als „air knife“-Systeme bezeichnet. Ein „air knife“-System umfasst im Allgemeinen zum Beispiel eine Metallbaugruppe mit einem Gasanschluss und einer präzisionsgefertigten langgestreckten Gasdüse.To generate the purge gas curtain, the purge device can be equipped with an air knife system or air blade system Such systems are also referred to as "air knife" systems. An "air knife" system generally comprises, for example, a metal assembly with a gas connection and a precision-machined elongated gas nozzle.

Vorzugsweise weist die Messlanze eine Längsachse auf und der Spülgasvorhang ist durch eine im befestigten Zustand der Messlanze quer zur Längsachse verlaufende Spülgasströmung gebildet. Das Einbringen von Spülgas erfolgt also bevorzugt nicht axial, sondern radial. Die Messgasströmung verläuft hierbei ebenfalls quer zur Längsachse der Messlanze.The measuring lance preferably has a longitudinal axis and the purge gas curtain is formed by a purge gas flow that runs transversely to the longitudinal axis when the measuring lance is attached. The introduction of purge gas is therefore preferably not axial, but radial. The measuring gas flow also runs transversely to the longitudinal axis of the measuring lance.

Der Spülgasvorhang kann durch eine laminare flächige Spülgasströmung gebildet sein, wodurch mit minimalem Spülgaseinsatz ein zuverlässiger Schutz der optischen Grenzfläche erzielt wird. Durch die Vermeidung von Turbulenzen wird einem Eindringen von Spülgas in die Messstrecke entgegengewirkt.The purge gas curtain can be formed by a laminar, flat purge gas flow, which achieves reliable protection of the optical interface with minimal purge gas usage. By avoiding turbulence, the penetration of purge gas into the measuring section is counteracted.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Messbereich zwischen zwei gegenüberliegenden optischen Grenzflächen ausgebildet ist und sich jeweilige Funktionsabschnitte des Spülgasvorhangs über die zwei optischen Grenzflächen hinweg erstrecken. Somit kann bei einer Reflektor-Messlanze sowohl die Sende-/Empfangseinheit als auch der Reflektor effizient gespült werden. Ebenso kann bei einem „cross-duct“-Gerät sowohl der Sender als auch der Empfänger effizient gespült werden.One embodiment of the invention provides that the measuring area is formed between two opposing optical interfaces and respective functional sections of the purge gas curtain extend across the two optical interfaces. In this way, with a reflector measuring lance, both the transmitting/receiving unit and the reflector can be efficiently purged. Likewise, with a "cross-duct" device, both the transmitter and the receiver can be efficiently purged.

Die Spülvorrichtung umfasst bevorzugt eine in der Messlanze angeordnete Spülgas-Zuführöffnung. Das Spülgas wird hierbei in die Messlanze eingebracht, so dass keine Spülgas-Zuführungs-Komponenten separat am Strömungskanal montiert werden müssen.The flushing device preferably comprises a flushing gas supply opening arranged in the measuring lance. The flushing gas is introduced into the measuring lance so that no flushing gas supply components have to be mounted separately on the flow channel.

Vorzugsweise ist die Spülgas-Zuführöffnung an einem Randbereich der wenigstens einen optischen Grenzfläche angeordnet. Das aus der Spülgas-Zuführöffnung austretende Spülgas gelangt dadurch direkt und unmittelbar an die zu spülende Fläche, wobei eine besonders kompakte Bauweise ermöglicht ist.Preferably, the purge gas supply opening is arranged at an edge region of the at least one optical interface. The purge gas exiting from the purge gas supply opening thus reaches the surface to be purged directly and immediately, enabling a particularly compact design.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Spülgas-Zuführöffnung und die Spülgas-Abführöffnung bezüglich der wenigstens einen optischen Grenzfläche gegenüberliegend angeordnet sind und/oder gleich groß beziehungsweise zumindest im Wesentlichen gleich groß und/oder gleich geformt beziehungsweise zumindest im Wesentlichen gleich geformt sind. Dies wirkt unerwünschten Stauungen und Verwirbelungen von Spülgas entgegen.One embodiment of the invention provides that the purge gas supply opening and the purge gas discharge opening are arranged opposite one another with respect to the at least one optical interface and/or are the same size or at least substantially the same size and/or are the same shape or at least substantially the same shape. This counteracts undesirable congestion and turbulence of purge gas.

Die Spülgas-Zuführöffnung kann als Spalt ausgebildet sein, insbesondere als dünner Spalt oder Schlitz. Der Spalt kann in einer Metallkomponente ausgebildet sein, in welcher auch eine mit Spülgas zu speisende und mit dem Spalt in Verbindung stehende Sammelkammer ausgebildet ist.The purge gas supply opening can be designed as a gap, in particular as a thin gap or slot. The gap can be formed in a metal component in which a collecting chamber is also formed to be fed with purge gas and to be connected to the gap.

Der Spalt kann zum Beispiel eine Breite von wenigstens 0,01 mm und höchstens 3 mm, vorzugsweise von wenigstens 0,02 mm und höchstens 0,2 mm, aufweisen. Derartige Spalte haben sich beim Ausbringen von Spülgas als besonders günstig erwiesen.The gap can, for example, have a width of at least 0.01 mm and at most 3 mm, preferably of at least 0.02 mm and at most 0.2 mm. Such gaps have proven to be particularly advantageous when discharging purge gas.

Es kann vorgesehen sein, dass die Messlanze eine Eintrittsöffnung für das Messgas aufweist und der Spalt einen Strömungsförderabschnitt aufweist, der sich zumindest abschnittsweise entlang eines Rands der Eintrittsöffnung erstreckt. Der Spalt kann somit zum Erzeugen eines Sogs genutzt werden, welcher das strömende Messgas beschleunigt und somit die Austauschzeit des Messgases verkü rzt.It can be provided that the measuring lance has an inlet opening for the measuring gas and the gap has a flow conveying section which extends at least in sections along an edge of the inlet opening. The gap can thus be used to generate a suction which accelerates the flowing measuring gas and thus shortens the exchange time of the measuring gas.

Gemäß einer speziellen Ausgestaltung erstreckt sich der Spalt vollständig um die Eintrittsöffnung herum. Das heißt der Spalt kann eine geschlossene Ringform aufweisen. In ähnlicher Weise wie bei einem flügellosen Ventilator oder „bladeless fan“ erzeugt der aus dem Spalt austretende Spülgasstrom einen Niederdruckbereich, der die Strömung von Messgas durch die Eintrittsöffnung fördert. Auch bei niedrigen Prozessgasgeschwindigkeiten kann auf diese Weise eine akzeptable Austauschzeit gewährleistet werden.According to a special design, the gap extends completely around the inlet opening. This means that the gap can have a closed ring shape. In a similar way to a bladeless fan, the purge gas flow emerging from the gap creates a low-pressure area that promotes the flow of measuring gas through the inlet opening. In this way, an acceptable exchange time can be guaranteed even at low process gas velocities.

Vorzugsweise ist der Messbereich frei durchströmbar, um die Ansprechzeit gering zu halten. Das heißt es ist bevorzugt, dass keine Filter oder dergleichen am Eintritt und am Austritt der Messlanze angeordnet sind.Preferably, the measuring area is free to flow through in order to keep the response time short. This means that it is preferred that no filters or the like are arranged at the inlet and outlet of the measuring lance.

Bevorzugt ist die wenigstens eine optische Grenzfläche im befestigten Zustand der Messlanze innerhalb des Strömungskanals angeordnet. Dies unterstützt ein umleitungsfreies Spülen der optischen Grenzfläche mit einem parallel zur Messgasströmung verlaufenden Spülgasstrom.Preferably, the at least one optical interface is arranged within the flow channel when the measuring lance is attached. This supports a bypass-free flushing of the optical interface with a flushing gas flow running parallel to the measuring gas flow.

Weiterbildungen der Erfindung sind auch den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen.Further developments of the invention can also be found in the dependent claims, the description and the accompanying drawings.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

  • 1 zeigt in vereinfachter Form eine erfindungsgemäße Gasanalysevorrichtung an einem Strömungskanal.
  • 2 zeigt eine Messlanze einer gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gestalteten Gasanalysevorrichtung in einer seitlichen Schnittansicht.
  • 3 zeigt eine Messlanze einer gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gestalteten Gasanalysevorrichtung in einer Schnittansicht von oben.
  • 4 ist eine perspektivische Darstellung einer Spülgas-Zuführöffnung der Messlanze gemäß 3.
The invention is described below by way of example with reference to the drawings.
  • 1 shows in simplified form a gas analysis device according to the invention on a flow channel.
  • 2 shows a measuring lance of a gas analysis device designed according to a first embodiment of the invention in a side sectional view.
  • 3 shows a measuring lance of a gas analysis device designed according to a second embodiment of the invention in a sectional view from above.
  • 4 is a perspective view of a purge gas supply opening of the measuring probe according to 3 .

1 zeigt in vereinfachter Form einen Teil eines Strömungskanals 11 im Längsschnitt, bei dem es sich beispielsweise um einen Abgaskamin oder um ein Fackelrohr handeln kann. In dem Strömungskanal 11 strömt ein Messgas entlang einer Messgas-Strömungsrichtung 12. Zur Überwachung der Zusammensetzung des Messgases, beispielsweise des Sauerstoffgehalts, ist eine an dem Strömungskanal 11 angebrachte Gasanalysevorrichtung 13 vorgesehen, welche in grundsätzlich bekannter Weise eine längliche, beispielsweise rohrförmige Messlanze 14 aufweist, die in den Strom des Messgases hineinragt. Wie gezeigt ist die Längsachse 15 der Messlanze 14 quer zur Messgas-Strömungsrichtung 12 ausgerichtet, wenn die Gasanalysevorrichtung 13 am Strömungskanal 11 befestigt ist. 1 shows in simplified form a part of a flow channel 11 in longitudinal section, which can be, for example, an exhaust gas stack or a flare tube. In the flow channel 11, a measuring gas flows along a measuring gas flow direction 12. To monitor the composition of the measuring gas, for example the oxygen content, a gas analysis device 13 is attached to the flow channel 11, which in a basically known manner has an elongated, for example tubular, measuring lance 14 that projects into the flow of the measuring gas. As shown, the longitudinal axis 15 of the measuring lance 14 is aligned transversely to the measuring gas flow direction 12 when the gas analysis device 13 is attached to the flow channel 11.

Wie in 2 gezeigt umfasst die Messlanze 14 eine zweiteilige optische Messeinheit 16 mit einem Sende-/Empfangsmodul 17 und einem Reflektor 19. Die messtechnische Anbindung des Sende-/Empfangsmoduls 17 und des Reflektors 19 an den Strömungskanal 11 erfolgt mittels Sichtfenstern oder Prozessfenstern, deren Vorderseiten jeweilige optische Grenzflächen 20 bilden. Zwischen den optischen Grenzflächen 20 erstreckt sich der Messbereich 25, der über eine in 2 nicht erkennbare Anordnung aus Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung der Messlanze 14 von dem Messgas durchströmbar ist, vorzugsweise frei, das heißt ohne Behinderung durch Filter. Die optische Messeinheit 16 könnte auch ein Sendemodul und ein separates Empfangsmodul aufweisen, zwischen welchen sich der Messbereich 25 befindet, wobei dann kein Reflektor notwendig wäre.As in 2 shown, the measuring lance 14 comprises a two-part optical measuring unit 16 with a transmitting/receiving module 17 and a reflector 19. The measuring connection of the transmitting/receiving module 17 and the reflector 19 to the flow channel 11 is carried out by means of viewing windows or process windows, the front sides of which form respective optical interfaces 20. The measuring area 25 extends between the optical interfaces 20, which has a 2 The measuring gas can flow through the inlet opening and outlet opening of the measuring lance 14, which cannot be seen, preferably freely, i.e. without being obstructed by filters. The optical measuring unit 16 could also have a transmitter module and a separate receiver module, between which the measuring area 25 is located, in which case no reflector would be necessary.

Um die optischen Grenzflächen 20 vor einer Verschmutzung zu schützen, ist eine Spülvorrichtung 27 vorgesehen. welche beim Betrieb der Gasanalysevorrichtung 13 die optischen Grenzflächen 20 mit einem Spülgas beaufschlagt. Zu diesem Zweck ist die Spülvorrichtung 27 entweder mit einer Druckgasquelle verbindbar oder an ein Gebläse angeschlossen. Neben den optischen Grenzflächen 20 befinden sich jeweilige Zuführeinheiten 29 der Spülvorrichtung 27. Jede der Zuführeinheiten 29 weist eine Spülgas-Zuführöffnung in Form eines Spalts 31 auf, der sich quer zur Messgas-Strömungsrichtung 12 und quer zur Längsachse 15 (1) der Messlanze 14 erstreckt. Während des Betriebs der Spülvorrichtung 27 tritt aus jedem der Spalte 31 eine laminare flächige Spülgasströmung aus, die einen Funktionsabschnitt 33 eines Spülgasvorhangs 35 bildet. Aufgrund der Ausgestaltung und Anordnung des Spülgasvorhangs 35 werden beide optische Grenzflächen 20 von einem dünnen Spülgasfilm überstrichen. Die Zuführeinheiten 29 können wie ein Luftmesser-System („air knife“-System) gestaltet sein. Vorzugsweise weisen die Spalte 31 eine einheitliche Breite zwischen 0,02 mm und 0,2 mm auf.In order to protect the optical interfaces 20 from contamination, a flushing device 27 is provided, which applies a flushing gas to the optical interfaces 20 during operation of the gas analysis device 13. For this purpose, the flushing device 27 can either be connected to a compressed gas source or to a blower. Next to the optical interfaces 20 there are respective feed units 29 of the flushing device 27. Each of the feed units 29 has a flushing gas feed opening in the form of a gap 31, which is transverse to the measuring gas flow direction 12 and transverse to the longitudinal axis 15 ( 1 ) of the measuring lance 14. During operation of the purging device 27, a laminar, flat purge gas flow emerges from each of the gaps 31, which forms a functional section 33 of a purge gas curtain 35. Due to the design and arrangement of the purge gas curtain 35, both optical interfaces 20 are swept by a thin purge gas film. The feed units 29 can be designed like an air knife system. Preferably, the gaps 31 have a uniform width of between 0.02 mm and 0.2 mm.

Jedem Spalt 31 ist eine vorzugsweise ebenfalls spaltförmige Spülgas-Abführöffnung 37 zugeordnet, durch welche das durch den Spalt 31 in die Messlanze 14 tretende Spülgas wieder aus der Messlanze 14 austreten kann. Wie dargestellt sind die Spalte 31 und die Spülgas-Abführöffnungen 37 bezüglich der optischen Grenzflächen 20 gegenüberliegend angeordnet, das heißt die Spülgas-Abführöffnungen 37 fluchten zumindest im Wesentlichen mit den Spalten 31. Dadurch ergibt sich eine weitgehend ungestörte Spülgasströmung quer durch die Messlanze 14, ohne dass es zu einem Eintrag von Spülgas in den Messbereich 25 und somit zu einer ungewünschten Verdünnung des Messgases kommt. Dies ermöglicht eine besonders zuverlässige Messung. Da der Spülgasvorhang 35 flach ist und unmittelbar an die optischen Grenzflächen 20 angrenzt, ist der Spülgasverbrauch nur gering.Each gap 31 is assigned a preferably also gap-shaped purge gas discharge opening 37 through which the purge gas entering the measuring lance 14 through the gap 31 can exit the measuring lance 14 again. As shown, the gap 31 and the purge gas discharge openings 37 are arranged opposite one another with respect to the optical interfaces 20, i.e. the purge gas discharge openings 37 are at least substantially aligned with the gaps 31. This results in a largely undisturbed purge gas flow across the measuring lance 14 without purge gas entering the measuring area 25 and thus causing an undesirable dilution of the measuring gas. This enables a particularly reliable measurement. Since the purge gas curtain 35 is flat and directly adjacent to the optical interfaces 20, the purge gas consumption is only low.

Der in 2 links gelegene Funktionsbereich 33 des Spülgasvorhangs 35 ist aufgrund der Form der Messlanze 14 geringfügig geknickt, da das Eintrittsfenster zur zur Verringerung des Einflusses von optischen Reflexionen auf die Messung in an sich bekannter Weise etwas geneigt ist. Dies ist jedoch wegen der Geringfügigkeit unerheblich, so dass auch bei diesem Funktionsabschnitt 33 ein im Wesentlichen rein radiales und umlenkungsfreies Strömen vorliegt.The 2 The functional area 33 of the purge gas curtain 35 on the left is slightly bent due to the shape of the measuring lance 14, since the entrance window is slightly inclined in a known manner to reduce the influence of optical reflections on the measurement. However, this is insignificant due to its insignificance, so that in this functional section 33 too, there is essentially a purely radial and deflection-free flow.

Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform ist der Spülgasvorhang 35 durch die beiden parallelen und voneinander beabstandeten Funktionsabschnitte 33 gebildet. Demgegenüber weist bei der in 3 und 4 gezeigten Ausführungsform der Spülgasvorhang 45 zusätzlich zu den beiden Funktionsabschnitten 33 zwei Strömungsförderabschnitte 47 auf, die sich parallel zueinander zwischen den Funktionsabschnitten 33 erstrecken und diese miteinander verbinden. Es ergibt sich ein Spalt 51 mit einer geschlossenen Ringform, der sich um eine als Messgas-Einlass vorgesehene Eintrittsöffnung 55 der Messlanze 14 herum erstreckt. Die ringförmige Spülgasströmung erzeugt in der Eintrittsöffnung 55 einen Sog, der in ähnlicher Weise wie ein „bladeless fan“ den Durchtritt von Messgas durch die Messlanze 14 beträchtlich fördert und so für eine schnelle Ansprechzeit der Gasanalysevorrichtung 13 sorgt. Zur Verstärkung des Sogs kann der aus dem Spalt 51 austretende Gasstrom an einem tragflächenartig gekrümmten Wandabschnitt entlanggeführt sein. Es versteht sich, dass die Messlanze 14 eine der Eintrittsöffnung 55 gegenüberliegende entsprechend geformte Austrittsöffnung aufweist, was in 3 und 4 jedoch nicht sichtbar ist.At the 2 In the embodiment shown, the purge gas curtain 35 is formed by the two parallel and spaced apart functional sections 33. In contrast, in the embodiment shown in 3 and 4 In the embodiment shown, the purge gas curtain 45 has, in addition to the two functional sections 33, two flow conveying sections 47 which extend parallel to one another between the functional sections 33 and connect them to one another. This results in a gap 51 with a closed ring shape which extends around an inlet opening 55 of the measuring lance 14 provided as a measuring gas inlet. The annular purge gas flow generates a suction in the inlet opening 55 which, in a similar way to a "bladeless fan", allows the passage of measuring gas through the measuring lance 14 conveys considerably and thus ensures a fast response time of the gas analysis device 13. To increase the suction, the gas flow emerging from the gap 51 can be guided along a wall section curved like a wing. It is understood that the measuring lance 14 has a correspondingly shaped outlet opening opposite the inlet opening 55, which in 3 and 4 but is not visible.

Das permanente Spülgaspolster vor den optischen Grenzflächen 20 sorgt für eine lange Standzeit der betreffenden optischen Komponenten, wobei wegen des flächigen Charakters der Spülgasströmung nur wenig Spülgas verbraucht wird.The permanent purge gas cushion in front of the optical interfaces 20 ensures a long service life of the respective optical components, whereby only a small amount of purge gas is consumed due to the planar nature of the purge gas flow.

Bezugszeichenliste:List of reference symbols:

1111
StrömungskanalFlow channel
1212
Messgas-StrömungsrichtungMeasuring gas flow direction
1313
GasanalysevorrichtungGas analysis device
1414
MesslanzeMeasuring lance
1515
LängsachseLongitudinal axis
1616
optische Messeinheitoptical measuring unit
1717
Sende-/EmpfangseinheitTransceiver unit
1919
Reflektorreflector
2020
optische Grenzflächeoptical interface
2525
MessbereichMeasuring range
2727
SpülvorrichtungFlushing device
2929
ZuführeinheitFeeding unit
3131
Spaltgap
3333
FunktionsabschnittFunctional section
3535
SpülgasvorhangPurge gas curtain
3737
Spülgas-AbführöffnungPurge gas discharge opening
4545
SpülgasvorhangPurge gas curtain
4747
StrömungsförderabschnittFlow conveying section
5151
Spaltgap
5555
EintrittsöffnungEntrance opening

Claims (12)

Gasanalysevorrichtung (13) zum Analysieren eines Messgases, das in einer Messgas-Strömungsrichtung (12) durch einen Strömungskanal (11) strömt, mit - einer Messlanze (14), die zur Befestigung an oder in dem Strömungskanal (11) ausgebildet ist und einen von dem Messgas in der Messgas-Strömungsrichtung (12) durchströmbaren Messbereich (25) definiert, wobei die Messlanze (14) eine optische Messeinheit (25) aufweist, die über wenigstens eine optische Grenzfläche (20) messtechnisch an den Messbereich (25) angebunden ist und dazu ausgebildet ist, anhand einer optischen Messung wenigstens einen Parameter einer in dem Messbereich (25) befindlichen Gasmenge zu ermitteln, und mit - einer Spülvorrichtung (27), die dazu ausgebildet ist, ein Spülgas zumindest in einen an die optische Grenzfläche (20) angrenzenden Spülbereich einzubringen, wobei die Spülvorrichtung (27) dazu ausgebildet ist, einen Spülgasvorhang (35, 45) zu erzeugen, der durch eine im befestigten Zustand der Messlanze (14) parallel zur Messgas-Strömungsrichtung (12) verlaufende Spülgasströmung gebildet ist, und wobei sich zumindest ein Funktionsabschnitt (33) des Spülgasvorhangs (35, 45) über die wenigstens eine optische Grenzfläche (20) hinweg erstreckt und in der Messlanze (14) eine mit dem Spülgasvorhang (35, 45) fluchtende oder zumindest im Wesentlichen fluchtende Spülgas-Abführöffnung (37) ausgebildet ist.Gas analysis device (13) for analyzing a measuring gas that flows through a flow channel (11) in a measuring gas flow direction (12), with - a measuring lance (14) that is designed to be attached to or in the flow channel (11) and defines a measuring region (25) through which the measuring gas can flow in the measuring gas flow direction (12), wherein the measuring lance (14) has an optical measuring unit (25) that is connected to the measuring region (25) via at least one optical interface (20) and is designed to determine at least one parameter of a quantity of gas in the measuring region (25) using an optical measurement, and with - a flushing device (27) that is designed to introduce a flushing gas at least into a flushing region adjacent to the optical interface (20), wherein the flushing device (27) is designed to generate a flushing gas curtain (35, 45) that is formed by a flushing gas curtain (35, 45) that is formed by a flushing gas curtain (35, 45) in the attached state of the Measuring lance (14) is formed with a purge gas flow running parallel to the measuring gas flow direction (12), and wherein at least one functional section (33) of the purge gas curtain (35, 45) extends beyond the at least one optical interface (20) and a purge gas discharge opening (37) is formed in the measuring lance (14) which is aligned or at least substantially aligned with the purge gas curtain (35, 45). Gasanalysevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Spülgasvorhang (35, 45) durch eine laminare flächige Spülgasströmung gebildet ist.Gas analysis device according to Claim 1 , wherein the purge gas curtain (35, 45) is formed by a laminar planar purge gas flow. Gasanalysevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Messbereich (25) zwischen zwei gegenüberliegenden optischen Grenzflächen (20) ausgebildet ist und sich jeweilige Funktionsabschnitte (33) des Spülgasvorhangs (35, 45) über die zwei optischen Grenzflächen (20) hinweg erstrecken.Gas analysis device according to Claim 1 or 2 , wherein the measuring region (25) is formed between two opposite optical interfaces (20) and respective functional sections (33) of the purge gas curtain (35, 45) extend beyond the two optical interfaces (20). Gasanalysevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Spülvorrichtung (27) eine in der Messlanze (14) angeordnete Spülgas-Zuführöffnung (31, 51) umfasst.Gas analysis device according to one of the preceding claims, wherein the purging device (27) comprises a purging gas supply opening (31, 51) arranged in the measuring lance (14). Gasanalysevorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Spülgas-Zuführöffnung (31, 51) an einem Randbereich der wenigstens einen optischen Grenzfläche (20) angeordnet ist.Gas analysis device according to Claim 4 , wherein the purge gas supply opening (31, 51) is arranged at an edge region of the at least one optical interface (20). Gasanalysevorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Spülgas-Zuführöffnung (31, 51) und die Spülgas-Abführöffnung (37) bezüglich der wenigstens einen optischen Grenzfläche (20) gegenüberliegend angeordnet sind und/oder zumindest im Wesentlichen gleich geformt sind.Gas analysis device according to Claim 4 or 5 , wherein the purge gas supply opening (31, 51) and the purge gas discharge opening (37) are arranged opposite one another with respect to the at least one optical interface (20) and/or are at least substantially identically shaped. Gasanalysevorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Spülgas-Zuführöffnung (31, 51) als Spalt ausgebildet ist.Gas analysis device according to one of the Claims 4 until 6 , wherein the purge gas supply opening (31, 51) is designed as a gap. Gasanalysevorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Spalt (31, 51) eine Breite von wenigstens 0,01 mm und höchstens 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,02 mm und 0,2 mm, aufweist.Gas analysis device according to Claim 7 , wherein the gap (31, 51) has a width of at least 0.01 mm and at most 3 mm, preferably between 0.02 mm and 0.2 mm. Gasanalysevorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Messlanze (14) eine Eintrittsöffnung (55) für das Messgas aufweist und der Spalt (51) einen Strömungsförderabschnitt (47) aufweist, der sich zumindest abschnittsweise entlang eines Rands der Eintrittsöffnung (55) erstreckt.Gas analysis device according to Claim 7 or 8th , wherein the measuring lance (14) has an inlet opening (55) for the measuring gas and the gap (51) has a flow conveying section (47) which extends at least partially along an edge of the inlet opening (55). Gasanalysevorrichtung nach Anspruch 9, wobei sich der Spalt (51) vollständig um die Eintrittsöffnung (55) herum erstreckt.Gas analysis device according to Claim 9 , wherein the gap (51) extends completely around the inlet opening (55). Gasanalysevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Messbereich (25) frei durchströmbar ist.Gas analysis device according to one of the preceding claims, wherein the measuring region (25) is freely flowable. Gasanalysevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine optische Grenzfläche (20) im befestigten Zustand der Messlanze (14) innerhalb des Strömungskanals (11) angeordnet ist.Gas analysis device according to one of the preceding claims, wherein the at least one optical interface (20) is arranged within the flow channel (11) in the attached state of the measuring lance (14).
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