DE2141909C3

DE2141909C3 - Gasanalysator

Info

Publication number: DE2141909C3
Application number: DE19712141909
Authority: DE
Inventors: Tosio Simazaki; Fumio Tanei; Akio Yanagida
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1970-08-21
Filing date: 1971-08-20
Publication date: 1974-11-21
Also published as: DE2141909B2; DE2141909A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasanalysator, mit einer Strahlereinheit, einer Gasküvetteneinheit mit Probenzelle und einer Vergleiehszelle, einer Detektoreinheit und mit der Proben- und Vergleiehszelle zugeordneten Gaszu- und -abführkanälen, bei dem alle Einheiten hintereinander angeordnet und an einem Träger befestigt sind.

Ein bekanntes Gerät dieser Art (deutsche Offenlegungsschrift 1 598 535) ist als Mehrstrahl-Infrarot-Gasanalysator ausgebildet. Hierbei sind die einzelnen Teile leicht austauschbar miteinander verbunden und befestigt, so daß sich eine Baukasteneinheit ergibt. Die Probenzelle und die Vergleiehszelle weisen gleiche Längen auf. Sobald jedoch unterschiedliche Längen vorliegen sollten, kann diese bekannte Vorrichtung diese Forderung nicht erfüllen, da die einzelnen Einheiten ineinandergesteckt und hintereinander angeordnet sind.

Zum Stand der Technik zählt weiterhin ein Gerät zur Gasanalyse durch Strahlungsabsorption (deutsche Patentschrift 870 202). Das Kennzeichen dieses Standes der Technik liegt in dem elektrischen Stromkreis zur Verarbeitung der Meßgröße.

Weiterhin ist eine als Doppelrohr ausgebildete Analysenzelle bekannt (Literaturstelle J. Sei. Instrument 1967, S. 961). Dieser Stand der Technik beschreibt eine Zelleneinheit mti. einem verringerten Totraum mit Bezug zu einer Zelle für Gasabsorption bei einem Infrarot-Strahlenanalysator.

Weiterhin ist ein Infrarot-Analysator bekannt (Literaturstelle Chemiker-Zeitung, 92. Jahrgang, 1968, S. 526), dessen Fotometer-Bauteile und dessen Verstärker in druckfestem Gehäuse untergebracht sind. Auch diese Anordnung ist nicht geeignet, unterschiedliche Längen von Probenzelle und Vergleichszelle aufzunehmen.

In der Praxis muß gewöhnlich die die Probe aufnehmende Vorrichtung, d. h. die das Gas aufnehmende Zelle je nach Menge und Konzentration der jeweiligen Gasprobe in ihrer Länge verändert und kurz nach erfolgter Analyse gereinigt werden. Daher müssen die Meßzellen, deren Schutzgehäuse die Gasleitungen usw. jedesmal bei Durchführung einer Analyse miteinander verbunden und dann wieder getrennt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung zu schaffen, welche so ausgebildet ist, daß die das Gas aufnehmende Zelle je nach Länge und Konzentration der jeweiligen Gasprobe in ihrer Länge verändert und nach erfolgter Analyse gereinigt werden kann und insbesondere eine leichte Montage und Demontage der Anschlüsse für die Gaszu- und abführleitungen zu ermöglichen, wodurch der Austausch einer Probenzelle erleichtert werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

löst, daß die Gaskuvetteneinheit {n einer Aufnahme- 23 zu dem Einlaß 17 bzw, Auslaß 18 der Proben-

vorrchtung gelagert ist, welche mittels eines Schutz- zelle 3 auf (F i g. 3). Die Aufnahmevorrichtung 21 ist

mantels iHjd mittels HnUeelementen zur Gaszufuhr mit einem Zeilenträger 24 fest verbunden, welcher

ü «· i!Ü Vf ^{Jeßen den mit den Gas}- Gas/uführ- und Gasabfiihrkanäle 25 und 26 aufweist, Kanälen versehenen Tröger verspannt »st, und daß 5 die mit den Verbindungswegen 22 und 23 der Auf-

die Probenzelle der GaskUvetteneinheit aus einem an neigevorrichtung 21 in Verbindung stehen. Die An-

^SIC5 ΐÄ? ^Pl**«*'**«<**. dessen Gasein- schlußstellen zwischen den Verbindungswegen 22

und -auslaßoffnung sich m dem von der Aufnahme ud 23 d d Gfuh d GbfBhkäl

^SIC5 ΐÄ? ^Pl**«*'**«<**. dessen Gasein- schlußstellen zwischen den Verbindungswegen 22 und -auslaßoffnung sich m dem von der Aufnahme- und 23 und den Gaszufuhr- und GasabfBhrkarälen vorrichtung umschlossenen Endbereich befindet. 25, 26 sind durch O-Ringe 27, 28 abgedichtet, so Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer leichten Mon- » daß sich eine hermetische Verbindung ergibt, tage und Demontage der Probenzelle, trotz unter- Wie aus F i g. 3 ersichtlich, erstrecken sich die Gasseh.edlicher Langen von Probenzelle und Vergleichs- zufuhr- und -abführkanäle 25 und 26 im Zellenträger zelle, wobei die gesamte Vorrichtung kompakt auf- in entgegengesetzte Richtungen, wobei sich ihr vorgebaut, explosionssicher beschaffen und leicht mon- deres Ende senkrecht zum jeweiligen Gaszufuhr- und tiertmr ist. 15 -abführkanal öffnet Diese öffnungen 29 und 30 sind Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den mit Innengewinde ausgebildet

g it nnengewinde ausgebildet

^ΠΐίΓρΑησ⁶5^εΗ^ΙΠΖεί^^Π?¹· η „ ^Zur Verbindung eines Schutzgehäuses 31 mit dem

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Zellenträger 24 wie auch zu/ Verbindung der Gas-

m der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels Zuführungen und -abführungen 34 und 35 mit den

naher beschrieben. In der Zeichnung zeigt ao Gaszufuhr- und -abführkanäkn 25 und 26 im Zellen-

F ig. 1 eine schematische Darstellung eines Infra- träger dienen Halterteile 32 ur J 33 aus Metall. rot-Gasanalysators mit doppeltem Strahlenweg, Diese Halterteile 32 und 33 weisen jeweils auf Man ^eme, Seitenansicht im Längs-chnitt einer ihrem Außenumfang einstückig angeformte Flansche Meßzelle, wobei die Probengas-Zuführungen und 36 und 37 auf. Einer der sich durch d.esen Flansch -abfuhrungen von vorne dargestellt smd, a₅ gebenden abgeteilten Abschnitte der Halteteile ist ^Flf·^{3 emen Schni}« nach der Linie IU-III in rechteckig ausgebildet und ergibt mutternartige Teile ^l/" ΐ · 1 · , · ., 38 und 39, während die anderen beiden Abschnitte In t. g. 1 ist em bekannter Infrarot-Gasanalysa- mit Gewinden 40 und 41 versehen sind. Durch die tor mit einem doppelten Strahlenweg skizzenhaft dar- metallenen Halterteile 32 und 33 erstrecken sich gestellt Der Unterschied zwischen den von den Licht- 30 durchgehende Bohrungen 42 und 43, die durch einen quellen 1 und 2 abgegebenen und durch eine Proben- Absatz 46 bzw. 47 unterteilt sind. Diese Bohrungen zelle 3 und eine Vergleichszelle 4 geschickten Infra- sind auf der dem Mutternabschnitt des Halterteils rotenerg.en wird von einem Detektor 5 aufgenom- entsprechenden Seite des Absatzes 46 bzw. 47 mit men, und die erfaßte Energiedifferenz wird als Druck- Gewinde versehen, so daß sich Gewindebohrungen d.fferenz zwischen der Kammer 6 und 7 des Detek- 35 44 und 45 ergeben, in welche die Gaszuführungen tors abgeleitet und dann über ein Kondensatormikro- und -abführungen 34 und 35 einschraubbar sind. Auf phon 8 in ein elektrisches Signal umgewandelt, um so der anderen Seite des Absatzes 46 bzw. 47 sind die die Konzentration der Gasprobe darzustellen. Um die Bohrungen als Aufnahmeteil 50 und 51 für dichtende Umwandlung in elektrische Signale im Detektor zu Schraubbuchsen 48 und 49 ausgebildet. Diese Auferleichtern, werden die Strahlenwcge periodisch 40 nahmeteile weisen einen inneren verengten Abunterbrochen, um eine Wechselstrom-Wellenform zu schnitt 81 bzw. 82 und erweiterte Aufnahmeerzeugen. 10 ist ein Verstarker. abschnitte 56 bzw 57 auf, wobei die verengten Ab-Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besteht die Meßzelle3 schnitte 81 bzw. 82 mit Innengewinden 52 und 53 aus einem Innenrohr 11 und einem Außenrohr 12, zum Eingriff mit den Außengewinden 54 und 55 der die an beiden Enden über eme Buchse 13 bzw. einem 45 dichtenden Schraubbuchsen 48, 49 versehen sind, an diesen befestigten Ring 14 hermetisch miteinander Diese dichtenden Schraubbuchsen 48 und 49 sind verbunden sind Der dadurch zwischen dem Innen- über Außengewinde 54 und 55 in die Innengewinde rohr 11 und dem Außenrohr 12 entstehende Zwi- 52 und 53 der verengten Aufnahmeteile 81 und 82 schenraum bildet einen ringförmigen Kanal 15, der eingreifbar und über Abschnitte 59 und 60 in die mit dem Innenrohr 11 über eine Durchlaßöffnung 16 50 erweiterten Abschnitte 56 und 57 cinsctzbar und am einen Ende des Innenrohres in Verbindung steht. weicen einen Gasströmungsweg 61 und 62 auf. Die Am anderen Ende ist das Innenrohr 11 etwas über Uasströmungswege 61 und 62 enden auf der den das Auuenronr 12 hinaus verlängert und ist an Außengewinden 54 und 55 entsprechenden Seite in diesem verlängerten Ende mit einem Gaseinlaß 17 eckigen öffnungen 63 und 64. Die Abschnitte 59 ausgebildet. An dem diesem verlängerten Ende des 55 und 60 sind auf ihrer Außenfläche mit Nuten zur Innenrohres entsprechenden Ende des Außenrohres Aufnahme von O-Ring-Dichtungen 65, 66 bzw. 67, 12 ist ein Gasauslaß 18 vorgesehen. Gaseinlaß 17 68 versehen

und Gasauslaß 18 sind also am selben Ende der Pm- Die sich an entgegengesetzten Enden des Zellen-

benzelle 3 angeordnet, so daß die in die Zelle 3 durch trägers 24 öffnenden Innenabschnitte der Gewinde-

oen oaseinlaß 17 einströmende Gasprobe aus dem 60 bohrungen 29 und 30 sind mit Ausnehmungen 83

innenronr 11 über die Verbindungsöffnung 16 in den und 84 zum Einbau von Filterteilen 69 und 70, z. B.

Zwischenkanal 15 gelangen und durch den Auslaß aus gesinterter Legierung, ausgebildet.

1» am selben Ende wieder abgezogen werden kann. Die Filter 69 und 70 werden in die öffnungen der

An ihrem den Gasein aß und -auslaß aufweisenden Gaszufuhr- und -abführkanäle 25 und 26 mittels

Ende ist die Probenzelle 3 hermetisch in eine Auf- 65 Schraubbuchsen 48 und 49 gepreßt und dienen zum

Hängevorrichtung 21 über O-Ring-Dichtungen 19 Ausfiltern von in einer Gasprobe etwaig enthaltenem

^u"^d .r⁰J^:l»^ßepa£^t·· ^Die?^{e Aufnah}mevorrichtung 21 Staub, um jegliche Möglichkeit von Flammenrück-

tür die Zelleneinheit weist Verbindungswege 22 und schlag nach außen auszuschließen, so daß sich also

ein explosionssichercr Analysator ergibt. Am Ende der Probenzelle 3 ist eine Filterzelle 71 in die Buchse 13 eingepaßt und mit dieser verbunden (F i g. 2).

Die Vergleichszellc4 zur Aufnahme eines Bezugsgases ist auf der einen Seite in die Aufnahmevorrichtung 21, auf der anderen Seite in einer Aufnahmevorrichtung 72 eingepaßt, wobei beide Aufnahmevorrichtungen gleichzeitig auch zur Aufnahme der Probenzelle 3 dienen. Diese beiden Zellen sind über Setzschrauben 73 an den Aufnahmevorrichtungen 21 und 72 befestigt (F i g. 2 und 3).

Die jeweiligen Enden der Zellen 3,4 und der Filterzelle 71 sind durch Platten 74, 75 und 76 aus lichtdurchlässigem Material wie z. B. Lithiumfluorid, Saphir und Quartz, abgedeckt. 77 und 79 sind Gaseinfüllöffnungen für die Vergleichszelle und die Filterzelle, und 78 und 80 sind Gasauslaßöffnungen für die Vergleichs- und die Filterzelle (Fig. 2).

Zur Durchführung einer Gasanalyse wird ein Bezugsgas gegebener Konzentration in die Vergleichszelle 4 eingeführt, während die zu analysierende Gasprobe in die Probenzelle 3 über die Zuführleitung eingeleitet wird. Die Gasprobe wird von der Zuführleitung durch den Gaseinlaßkanal 25 des Zellenträgers und den Gaseinlaß 17 in die Probenzelle 3 eingeleitet und von dort durch das Innenrohr 11, durch die Durchlaßöffnung 16 durch den ringförmigen Zwischenkanal 15 zum Gasauslaß 18 geleitet, von wo es in den Verbindungsweg 23 der Aufnahmevorrichtung 21 gelangt und schließlich über den Gasabführkanal 26 im Träger 24 abgeleitet wird. Infrarotstrahlen, ultraviolette Strahlen oder andere Lichtstrahlen werden auf das eine Ende von Vergleichszelle und Probezelle 4 bzw. 3 geschickt und die Transparenz. Farbe usw. der durch die Zellen geschickten Lichtstrahlen werden zur Messung miteinander verglichen.

In manchen Fällen kann geeignetes Gas in die Filterzelle 71 eingefüllt werden, um eine störende Komponente des zu untersuchenden Gases auszuschalten. Im übrigen ist das Prinzip der Gasanalyse das gleiche wie bei den herkömmlichen Gasanalysatoren.

Die Prüfzelle ist also in Form eines doppelten Rohres gebaut, an dessen einem Ende Gaseinlaß und Gasauslaß vorgesehen sind; der sich zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr ergebende ringförmige Zwischenraum verbindet Gaseinlaß und Gasauslaß, da er mit dem Innenrohr am anderen Ende in Verbindung steht. Durch diese Konstruktion können die Gaszuführungen innerhalb des Xnalysiersystcms in der Zelle eingebaut sein, so daß die Leitungen der Probenzelle aus dem Analysiersystem ausgeschlossen sind Dadurch ist auch die Anbringung und Entfernung der Zelle beim Auswechseln oder Säubern der Zelle sehr viel einfacher.

Insbesondere, wenn der Schutzmantel explosionssicher und druckbeständig konstruiert sein soll, ist keinerlei Rohrleitung innerhalb des Gehäuses, die natürlich zusätzlichen Raum erfordern würde, erforderlich. Das Gehäuse ist also gedrängt und kostensparend baubar und einfach zu handhaben.
Die Metallhalterungen zum Festspannen von

ao Schutzmantel und Zellenträger sind jeweils mit einem Gasströmungsweg ausgebildet; eine dichtende Schraubbuchsc mit einem Gasdurchlaß ist in jeden Gasströmungsweg einschraubbar, und nach erfolgtem Zusammenbau von Schutzmantel und Zellenträger

as mittels der Metallhalterteile stellen diese dichtenden Schraubbuchsen eine dichte Verbindung zwischen den Gasströmungswegen in den Halterteilen und den Gaszufuhr- und -abführkanälen im Träger her. Dank dieser Anordnung kann die doppelröhrige Zelle

gleichzeitig mit Anbringung und Entfernung des Schutzmantels angeschlossen bzw. entfernt werden. Die Reinigung der Zelle ist daher sehr viel einfacher und leichter.

Da die innersten Abschnitte der Gewindebohrungen im Träger mit Ausnehmungen versehen sind, in welche Filterteile aus gesinterter Legierung od. dgl. eingepaßt sind und von den dichtenden Schraubbuchsen in Lage gehalten werden, kann in dem zu untersuchenden Gas etwaig enthaltener Staub entfernt werden und wenn eine Gasprobe in diesem explosionssichcren Analysator von einem Hitzestrahl wie z. B. Infrarot durchstrahlt wird, wird die Ausbreitung eines etwaigen Flammenrückschlags außerhalb des Analysators verhindert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

J. Gasanalysator mit einer Strahlereinheit, einer GaskUvetteneinheit mit Probenzeile und Vergleichszelle, einer Detektoreinheit und mit der Proben- und Vergleiehszelle zugeordneten Gaszu- und abfübrkanäJen, bei dem alle Einheiten hintereinander angeordnet und an einem Träger befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasküvetteneinheit (3, 4) in einer Aufnahmevorrichtung (21) gelagert ist, welche mittels eines Schutzmantels (31) und mittels Halteelementen (32, 33), die mit Bohrungen (42, 43) zur Gaszufuhr und -abfuhr versehen sind, gegen »5 den mit den Gaskanälen (25, 26) versehenen Träger (24) verspannt ist, und daß die Probenzelle (3) der Gasküvetteneinheit aus einem an sich bekannten Doppelrohr (11, 12) besteht, dessen Gasein- und -auslaßofrnungen (17, 18) sich in dem von der Aufnahmevorrichtung (21) umschlossener! Endbereich befinden.
2. Gasanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Innenrohr (11) und das Außenrohr (12) der Probenzelle (3) ein ringförmiger Zwischenkanal (15) gebildet ist, daß das Innenrohr an dem außerhalb der Aufnahmevorrichtung (21) liegenden Ende mit einer Durchlaßöffnung (16) versehen ist, über welche es mit dem ringförmigen Zwischenkanal (15) in Verbindung steht, und am anderen Ende den Gaseinlaß (17) und am Außenrohr an dem dem Einlaßende des Innenrohrs entsprechenden Ende den Gasauslaß (18) aufweist, und daß Gaseinlaß (17) und Gasauslaß (18) mit GaJührungen (22, 23) in der Aufnahmevorrichtung (21) verbindbar sind.
3. Gasanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnft, daß die Gaskanäle (25, 26) an ihren nach außen führenden Enden öffnungen (29, 30) aufweisen, die mit Innengewinden versehen sind, in weiche die mit den Bohrungen (42, 43) versehenen Halteelemente (32, 33) einschraubbar sind.
4. Gasanalysator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Öffnung (29, 30) im Träger (24) an ihrem Innenende mit einer Ausnehmung (83, 84) ausgebildet ist, in welche je ein Filterteil (69, 70) aus gesinterter Legierung einpaßbar ist, und daß die Filterteile durch Schraubbüchsen (48, 49) in ihrer Lage sicherbar sind.
5. Gasanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Halteelemenl (32, 33) einen Flansch (36, 37) auf seiner Außenfläche aufweist, daß einer der sich durch den Flansch ergebenden abgeteilten Abschnitte mit Innengewinde versehen und außen eckig ausgebildet ist und der andere Abschnitt innen als Aufnahmeteil (50, 51) für die mit diesem zusammenwirkende dichtende Schraubbuchsc (48, 49) ausgebildet ist.
6. Gasanalysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der in die Halteelcmente (32, 33) einschrai'bbaren dichtenden Schraubbuchsen (48, 49) einen durchgehenden Strömungsweg (61, 62) aufweist und außen an einem Ende mit einem Gewinde (54, 55) zum Schraubeingriff mit einer Gewindebohrung (52, 53) im Innenabschnitt (81, 82) der Aufnahmeteile (50, Sl) versehen ist, daß der durchgehende Strömungsweg (61, 62) an seinem Gewindeende in einer eckigen öffnung (63, 64) zur Verspannung der dichtenden Scbraubbucbse von außen endet und daß die Schraubbuchse (48, 49) an ihrem übrigen Außenumfang mit einer ringförmigen Nut zur Aufnahme von O-Ringdichtungen (65, 66, 67,68) versehen ist.