DE2310811C3

DE2310811C3 - Device for burning samples and collecting the combustion gases for analytical purposes

Info

Publication number: DE2310811C3
Application number: DE19732310811
Authority: DE
Inventors: Kenichi Kobe; Morimoto Takayoshi Ashiya; Konishi Fumiya Toyonaka; Takeyama (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1972-03-07
Filing date: 1973-03-05
Publication date: 1977-06-30

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verbrennen von Proben und zum Auffangen der Verbrennungsgase für analytische Zwecke, bestehend aus einer Verbrennungseinrichtung mit einem Verbrennungsraum zum Verbrennen eines Probenmaterials und einer Heizeinrichtung zum Erhitzen des Verbrennnngsraumes, einer Gaszuführeinrichtung zum Zuführen eines Gases in den Verbrennungsraum mit einem vorgegebenen Durchsatz und einer mit dem Verbrennungsraum verbundenen Gasauffangeinrichtung zum Auffangen der in dem Verbrennungsraum erzeugten Verbrennungisgase, wobei die Gasauffangeinrichtung aus einem Zylinder und einem Kolben besteht, die zur Vergrößerung des Innenraumes der Gasauffangeimrichtung und zur Absaugung der erzeugten Verbrennungsgase mittels einer einstellbaren Antriebseinrichtung mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit relativ zueinander verschiebbar sind. (><;The invention relates to a device for burning samples and collecting the Combustion gases for analytical purposes, consisting of a combustion device with a combustion chamber for burning a sample material and a heating device for heating the combustion chamber, a gas supply device for supplying a gas into the combustion chamber at a predetermined rate Throughput and a gas collecting device connected to the combustion chamber for collecting of the combustion ice gases generated in the combustion chamber, wherein the gas collecting device consists of a There is a cylinder and a piston, which are used to enlarge the interior space of the gas collecting device and for the suction of the combustion gases generated by means of an adjustable drive device with a predetermined speed are displaceable relative to each other. (> <;

Bei Schadenfeuern waren in den letzten Jahren zahlreiche Verluste an Menschenleben zu beklagen. Verschiedentlich wurde die Auffassung vertreten, diese Verluste seien unter anderem auch auf giftige Gase zurückzuführen, wie sie bei der Verbrennung von Kunststoffmaterialien entstehen, beispielsweise also Kohlenmonoxid, Cyanwasserstoff, Chlorwasserstoff, Phosgen, Kohlenoxysulfid usw. Bei der Auswahl von Kunststoffen für bestimmte Verwendungszwecke wird man daher auch die Zusammensetzung der Verbrennungsgase berücksichtigen müssen, die im Falle eines Brandes aus dem betreffenden Material entstehen können. Unter den Verbrennungsprodukten eines Materials sind die beim Abbrennen mit offener Flamme entstehenden Gase und die durch thermische Zersetzung, also ohne Flamme gebildeten Gase zu unterscheiden. Will man die Zusammensetzung der bei einem Schadenfeuer aus einem Kunststoffmaterial entstehenden Verbrennungsgase feststellen, so ist also die Zusammensetzung beiderlei Arten von Gasen zu bestimmen. Über die Zusammensetzung der bei der thermischen Aufspaltung von Kunststoffmaterialien in einer Inertgasatmosphäre oder bei vermindertem Druck gebildeten Gase liegt eine umfangreiche Literatur vor, doch wurde nur selten über die Zusammensetzung der Gase berichtet, die entstehen, wenn Kunststoffmaterialien verbrannt werden oder unter Licht- und Hitzeeinwirkung einer chemischen Umwandlung unterliegen.Damage fires have resulted in numerous deaths in recent years. The opinion was expressed on various occasions that these losses were also due to toxic gases, among other things as they arise when plastic materials are burned, for example Carbon monoxide, hydrogen cyanide, hydrogen chloride, phosgene, carbon oxysulfide, etc. When selecting Plastics for certain uses are therefore also the composition of the combustion gases that arise from the material in question in the event of a fire be able. Among the products of combustion of a material are those of burning with an open flame to differentiate between the resulting gases and the gases formed by thermal decomposition, i.e. without a flame. If you want the composition of a plastic material produced in a damaging fire Determine combustion gases, so the composition of both types of gases is too determine. About the composition of the thermal splitting of plastic materials in an inert gas atmosphere or gases formed at reduced pressure is an extensive one Literature, but the composition of the gases that are produced has rarely been reported when plastic materials are burned or when exposed to light and heat, a chemical one Subject to conversion.

In der US-PS 34 51 779 ist bereits eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung beschrieben, wobei aber nichts Näheres darüber ausgesagt ist, wie die Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder der Gasauffangeinrichtung ausgebildet sein soll. Der Gasaustrittsleitung, welche den Verbrennungsraum mit der Gasauffangeinrichtung verbindet, ist keine besondere Kühleinrichtung zugeordnet, welche eine Kondensation und Abscheidung des ggf. in den Verbrennungsgasen enthaltenen Wasserdampfes ermöglichen würde.In US-PS 34 51 779 a device of the type mentioned is already described, wherein but nothing is said about how the seal between the piston and the cylinder of the Gas collecting device should be formed. The gas outlet line, which connects the combustion chamber with the Gas collecting device connects, no special cooling device is assigned, which a condensation and separation of the water vapor possibly contained in the combustion gases.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß sie die Analyse der bei der Verbrennung eines Probenmaterials, wie z. B. eines Kunststoffmaterials erzeugten Verbrennungsgase mit einer größeren Genauigkeit ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. The invention is based on the object of improving the generic device in such a way that that they can analyze the incineration of a sample material, such as. B. a plastic material generated combustion gases with a greater accuracy. This task is carried out by the In claim 1 specified invention solved. Appropriate refinements result from the subclaims.

Zur Lösung dieser Aufgabe müssen folgende Erfordernisse erfüllt werden:To solve this task, the following requirements must be met:

a) Die Verbrennungsbedingungen müssen konstant gehalten werden. Genauer gesagt, es ist erforderlich, die Verbrennungsbedingungen vom Beginn bis zur Beendigung des Verbrennungsvorgangs konstant zuhalten.a) The combustion conditions must be kept constant. More precisely, it is necessary the combustion conditions are constant from the beginning to the end of the combustion process to keep.

b) Die Verbrennungsgase müssen mit einer hohen Konzentration aufgefangen bzw. gesammelt werden. b) The combustion gases must be captured or collected at a high concentration.

c) Alle Verbrennungsgase müssen im gasförmigen Zustand gesammelt werden, in dem sie nachfolgend auf einfache Weise analysiert werden können.c) All combustion gases must be collected in the gaseous state in which they are subsequently can be easily analyzed.

Zu den Erfordernissen a) und b)Regarding requirements a) and b)

Die Erfordernisse a) und b) können in einem gewissen Ausmaß erfüllt werden, indem eine aus einem Zylinder und einem Kolben bestehende Gasauffangeinrichtung verwendet wird. In diesem Fall kann der Druck in der Verbrennungskammer vom Beginn bis zur Beendigung des Verbrennungsvorganges in einem gewissen Ausmaß konstant gehalten werden, indem der Innenraum des Zylinders während der Erzeugung der Verbrennungsga-The requirements a) and b) can be met to some extent by making one from a cylinder and a piston existing gas collecting device is used. In this case, the pressure in the Combustion chamber from the beginning to the end of the combustion process to a certain extent be kept constant by the interior of the cylinder during the generation of the combustion gas

se vergrößert wird, so daß die von der Gaszuführeinrichtung in den Verbrennungsraum zugeführte Gasmenge durch die aus dem Verbrennungsraum in den Zylinder abgeführte Gasmenge ausgeglichen wird. Mit einer derartig ausgebildeten Gasauffangeinrichtung kann daher das Erfordernis a) bis zu eifern gewissen Ausmaß erfüllt werden. Weiterhin werden mit einer derartig ausgebildeten Gasauffangeinrichtung die Verbrennungiigase auch nicht mit einer wesentlichen AuDenluftmenge verdünnt, so daß das Erfordernis b) ebenfalls erfüllt v/erden kann. se is increased so that the amount of gas supplied by the gas supply device into the combustion chamber is compensated for by the amount of gas discharged from the combustion chamber into the cylinder. Therefore, with such a formed gas collection device the requirement a) can be set to emulate some extent met. Furthermore, the Verbrennungiigase also not be diluted with a substantially AuDenluftmenge formed with such a gas collecting device, so that the requirement b) can also satisfies v / ground.

Tatsächlich ist es jedoch sehr schwierig, die Mengen des zugelführten und des abgeführten Gases genau gleich zu halten, so daß ein geringes Ungleichgewicht zwischen diesen Mengenströmen eintreten kann. Wenn zwischen dem Kolben und dem Zylinder eine vollständige Abdichtung vorgesehen ist, so kann der Druck in dem Verbrennungsraum nicht konstant gehalten werden. Das Erfordernis a) kann daher nicht allein durch die Verwendung einer Gasauffangeinrichtung von der Zylinder-Kolben-Bauart vollständig erfüllt werden.In fact, however, it is very difficult to keep the amounts of gas fed in and the gas discharged exactly the same, so that a slight imbalance between these mass flows can occur. If a complete seal is provided between the piston and the cylinder, the pressure in the combustion chamber cannot be kept constant. Requirement a) can therefore not be fully met by the use of a gas collecting device of the cylinder-piston type alone.

Gemäß der Erfindung ist daher vorgesehen, daß der Kolben an seiner Umfangsfläche eine Dichtung mil einer unvollständigen Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder zum Ausgleich eines Druckunterschiedes zwischen dem Innenraum des Zylinders und der freien Atmosphäre aufweist.According to the invention it is therefore provided that the piston has a seal on its peripheral surface an incomplete seal between the piston and the cylinder to compensate for a pressure difference between the interior of the cylinder and the free atmosphere.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es daher möglich, das vorstehend genannte Ungleichgewicht auszuschalten, so daß der Verbrennungsraum vom Beginn bis zur Beendigung des Verbrennungsvorgangs auf einem konstanten Druck gehalten werden kann.With the device according to the invention it is therefore possible to remedy the aforementioned imbalance off, so that the combustion chamber from the beginning to the end of the combustion process can be kept at a constant pressure.

Zu dem Erfordernis c)Regarding requirement c)

Wenn in den Verbrennungsgasen enthaltener, durch die Verbrennung entstandener Wasserdampf zusammen mit den übrigen gasförmigen Bestandteilen in dem Zylinder aufgefangen wird, so wandelt sich dieser Wasserdampf infolge Kondensation in Wasser bzw. Feuchtigkeit um. Wenn in dem Zylinder jedoch Feuchtigkeit vorhanden ist, so gehen die in dem Zylinder aufgefangenen wasserlöslichen Gase in dieser Feuchtigkeit in Lösung. Derartige in Lösung gegangene Gase müssen aber mit einem anderen Analyseverfahren analysiert werden als die im gasförmigen Zustand aufgefangenen unlöslichen Gase. Es ist jedoch mühsam und äußerst zeitraubend, die Analyse der Verbrennungsgase mit mehreren Analyse-Verfahren durchzuführen. When water vapor contained in the combustion gases and created by the combustion together is collected with the other gaseous components in the cylinder, this changes Water vapor as a result of condensation in water or moisture. When in the cylinder however If moisture is present, the water-soluble gases trapped in the cylinder will go into it Moisture in solution. Such gases that have gone into solution, however, have to be carried out using a different analytical method can be analyzed as the insoluble gases trapped in the gaseous state. However, it is troublesome and extremely time consuming to carry out the analysis of the combustion gases with multiple analysis methods.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist daher vorgesehen, daß der den Verbrennungsraum mit der Gasauffangeinrichtung verbindenden Gasaustri'tsleitung eine Kühleinrichtung zur Kondensation und Abtrennung des in den Verbrennungsgasen enthaltenen Wasserdampfes zugeordnet ist.In the device according to the invention it is therefore provided that the gas outlet line connecting the combustion chamber with the gas collecting device is assigned a cooling device for condensation and separation of the water vapor contained in the combustion gases.

Selbst wenn wasserlösliche Gase mit der in der Kühleinrichtung durch Kondensation von Wasserdampf gebildeten Feuchtigkeit in Berührung gelangen sollten, bevor sie in den Zylinder eingesaugt werden, so gehen sie nicht in einer nennenswerten Menge in dieser Feuchtigkeit in Lösung, weil die Berührungszeit überaus do kurz ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden daher alle Verbrennungsgase im gasförmigen Zustand aufgefangen, so daß deren Analyse mit einem einzigen Analyse-Verfahren durchgeführt werden kann.Even if water-soluble gases with the in the cooling device due to condensation of water vapor formed moisture should come into contact before it is sucked into the cylinder, so go they do not in any appreciable amount in this moisture in solution because the contact time do exceedingly is short. In the device according to the invention, all combustion gases are therefore in the gaseous form State captured so that their analysis can be carried out with a single analysis method.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in fts den Unteransprüchen angegeben.Appropriate developments of the invention are given in fts specified in the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigtThe invention is described below with reference to a preferred exemplary embodiment shown in the drawing explained in more detail It shows

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus einer Ausführungsform des durch die Erfindung geschaffenen Verbrennungsofens und der Vorrichtung zum Auffangen der Verbrennungsgase,F i g. 1 is a schematic representation of the overall structure of an embodiment of the incinerator provided by the invention and of the device for collecting the combustion gases,

Fig.2 eine Schnittansicht der in der anlage vorgesehenen Verbrennungseinrichtung, wobei die Anordnung zur Temperaturmessung im Verbrennungsraum gezeigt ist,2 shows a sectional view of the incineration device provided in the plant, the The arrangement for temperature measurement in the combustion chamber is shown,

F i g. 3 eine Schnittansicht der mit einem Kolben und einem Zylinder ausgebildeten Gasauffangeinrichtung undF i g. 3 is a sectional view of the gas collecting device formed with a piston and a cylinder and

F i g. 4 eine Endansicht der Gasauffangeinrichtung.F i g. Figure 4 is an end view of the gas trap.

In den Zeichnungen ist mit der Bezugszahl 1 eine Verbrennungseinrichtung für das Verbrennen von Probenmaterialien wie beispielsweise Kunststoffen bezeichnet. Zu der Verbrennungseinrichtung 1 gehört ein aus Quarzmaterial bestehender zylindrischer Verbrennungsraum 2 und eine außenseitig um den Verbrennungsraum 2herumgeführte Heizvorrichtung 3. Der Verbrennungsraum 2 hat einen Innendurchmesser von 46 mm und eine Höhe von 220 mm und weist am unteren Ende einen sich durch die Heizvorrichtung 3 nach außen erstreckenden Gaseinlaß 4 sowie am oberen Ende einen Gesauslaß 5 und eine Probeneinfiillöffnung 7 auf. die durch einen abnehmbaren Stopfen 6 verschlossen werden kann. Der Verbrennungsraum 2 ist vom Boden bis zu einer Höhe von 75 mm mit Quarzperlen 8 gefüllt. Die Heizvorrichtung 3 hat einen Innendurchmesser von 60 mm und eine Höhe von 200 mm und enthält einen elektrischen Heizkörper. Es ist bei dieser Ausführungsform also eine elektrische Beheizung vorgesehen. Mit der Bezugszahl 9 ist eine Luftzuführeinrichtung für die Zuführung von Luft zum Einlaß 4 des Verbrennungsraums 2 bezeichnet. Diese Luftzufuhreinrichtung 9 besteht aus einer Luftpumpe jener Art. bei welcher der Durchsatz pro Zeiteinheit regulierbar ist. wobei die Verbindung mit dem Einlaß 4 durch eine Leitung 10 vermittelt wird. Die Bezugszahl 11 bezeichnet eine in die Zuführleitung 10 gelegte Trocknungseinrichtung, bestehend aus einem Behälter 12 mit einem darin enthaltenen Trockenmittel 13. bei dem es sich beispielsweise um Silicagel handeln kann. Ein Abschnitt der von der Luftpumpe 9 ausgehenden Zuführleitung 10 öffnet sich in das Silicagelbett 13 und ein weiterer Abschnitt der Zuführleitung 10 erstreckt sich in einem Abstand von dem Silicagelbett 13 vom oberen Ende des Behälters 12 in Richtung des Verbrennungsraums 2. In den hinter der Trocknungseinrichtung 11 liegenden Abschnitt der Zuführleitung 10 ist ein Durchflußmesser 14 gelegt, der die Menge der dem Verbrennungsraum 2 in der Zeiteinheit zugeführten Luft anzeigt. Die Bezugszahl 15 bezeichnet eine mit einem Kolben und einem Zylinder ausgebildete Gasauffangeinrichtung zum Auffangen der im Verbrennungsraum 2 erzeugten Verbrennungsgase. Diese Gasauffangeinrichtung 15 besteht aus einem durch eine Gasaustrittsleitung 16 mit dem Gasauslaß 5 des Verbrennungsraums 2 verbundenen Zylinder 17 und einem zu Gleitbewegungen in dem Zylinder 17 angeordneten Kolben 18. Der Zylinder 17 hat eine Querschnittsfläche von 177 cm² sowie ein Innenvolumen von 4 Liter und besteht aus rostfreiem Stahl. Die Innenwand des Zylinders 17 ist mit einer Deckschicht 19 aus einem Material überzogen, das möglichst keine Reaktionsneigung zu den aufgefangenen Verbrennungsgasen zeigt und bei dem es sich beispielsweise um Polytetrafluorethylen oder Polyäthylen handeln kann.In the drawings, reference numeral 1 denotes a combustion device for burning sample materials such as plastics. The combustion device 1 includes a cylindrical combustion chamber 2 made of quartz material and a heating device 3 that is led around the outside of the combustion chamber 2 extending gas inlet 4 and at the upper end a Gesauslaß 5 and a sample infill opening 7. which can be closed by a removable stopper 6. The combustion chamber 2 is filled with quartz beads 8 from the bottom up to a height of 75 mm. The heater 3 has an inner diameter of 60 mm and a height of 200 mm and contains an electric heater. In this embodiment, electrical heating is therefore provided. The reference number 9 denotes an air supply device for supplying air to the inlet 4 of the combustion chamber 2. This air supply device 9 consists of an air pump of the type in which the throughput per unit of time can be regulated. the connection with the inlet 4 being mediated by a line 10. The reference number 11 denotes a drying device placed in the feed line 10, consisting of a container 12 with a desiccant 13 contained therein, which can be, for example, silica gel. A section of the feed line 10 emanating from the air pump 9 opens into the silica gel bed 13 and another section of the feed line 10 extends at a distance from the silica gel bed 13 from the upper end of the container 12 in the direction of the combustion chamber 2 lying section of the supply line 10 is a flow meter 14 which indicates the amount of air supplied to the combustion chamber 2 in the unit of time. Reference numeral 15 denotes a gas collecting device formed with a piston and a cylinder for collecting the combustion gases generated in the combustion chamber 2. This gas collecting device 15 consists of a cylinder 17 connected to the gas outlet 5 of the combustion chamber 2 by a gas outlet line 16 and a piston 18 arranged for sliding movements in the cylinder 17. The cylinder 17 has a cross-sectional area of 177 cm ² and an internal volume of 4 liters and consists made of stainless steel. The inner wall of the cylinder 17 is covered with a cover layer 19 made of a material which, if possible, shows no tendency to react with the captured combustion gases and which can be, for example, polytetrafluoroethylene or polyethylene.

23 IO 81 123 IO 81 1

Der Kolben 18 ist mit einem seilartigen Dichtungsring 20 versehen, der aus Tetrafluoräthylen besteht, eine Shore-Härte von 50 bis 65 aufweist und an seiner äußeren Umfangsfläche im leichten Kontakt mit der Innenfläche des Zylinders 17 angeordnet ist. Der Dichtungsring 20 vermittelt eine Dichtungswirkung in dem Sinne, daß beim Auftreten eines Druckunterschiedes zwischen dem Innenraum des Zylinders 17 und der Außenluft infolge einer Verschiebung des Kolbens 18 in dem Zylinder in diesen Luft einströmen kann, die zwischen dem Dichtungsring 20 und der Innenwand des Zylinders 17 hindurchtritt, so daß der Druckunterschied aufgehoben wird, wohingegen ein Überströmen von Luft zwischen dem Innenraum des Zylinders 17 und dem Außenraum im Ruhezustand des Kolbens 18 nicht möglich ist. Die Innenwand des Kolbens 18, die mit den in dem Zylinder 17 aufgefangenen Verbrennungsgasen in Berührung kommt, ist mit einer Deckschicht 19' aus dem gleichen Material wie die Deckschicht 19 überzogen. Bei der Gasaustrittsleitung 16 handelt es sich um einen Schlauch aus Polytetrafluorethylen, der einen Innendurchmesser von 8 mm und eine Länge von 1,5 m hat, wobei dieser Schlauch aus mehreren Abschnitten besteht, die durch Schlauchkupplungen 21 lösbar miteinander verbunden sind. In die Gasaustrittslcitung 16 ist eine Filtervorrichtung 22 gelegt, die aus einem mit der Gasaustrittsleitung 16 verbundenen zylindrischen Gehäuse besteht, das mit Glaswolle 23 gefüllt ist. Zum Verschieben des Kolbens 18 in dem Zylinder 17 ist eine Antriebsvorrichtung 24 vorgesehen, zu der ein Motor 25, ein mit dem Motor 25 verbundenes stufenloses Wechselgetriebe 26 und eine das stufenlose Wechselgetriebe 26 und die Kolbenstange 27 des Kolbens 18 miteinander verbindende Führungsanordnung 28 gehören. Die Führungsanordnung 28 besteht aus entgegengesetzten festen Sützplattcn 30 und 31, einer mit dem stufenlosen Wechselgetriebe 26 verbundenen und zu Drehbewegungen auf den Sützplattcn 30 und 31 gelagerten Gewindespindel 29, einer in Ersireckung zwischen den Slützplatten 30 und 31 vorgesehenen und cndseitig an diesen befestigten Führungsstangc 32 und einer verschiebbaren Platte 33, die mit dem einen Ende zu Gleitbewegungen auf der Führungsstiinge 32 gelagert ist, wobei sich die Gewindespindel 29 im Schraubeingriff durch die Platte 33 hindurcherstreckt und die Kolbenstange 27 mit dem anderen F.nde der Platte 33 verbunden ist.The piston 18 is provided with a rope-like sealing ring 20, which consists of tetrafluoroethylene, a Has Shore hardness of 50 to 65 and on its outer peripheral surface in light contact with the Inner surface of the cylinder 17 is arranged. The sealing ring 20 provides a sealing effect in the sense that when a pressure difference occurs between the interior of the cylinder 17 and the Outside air can flow into this air as a result of a displacement of the piston 18 in the cylinder, the passes between the sealing ring 20 and the inner wall of the cylinder 17, so that the pressure difference is canceled, whereas an overflow of air between the interior of the cylinder 17 and the Outside space in the rest state of the piston 18 is not possible. The inner wall of the piston 18, which with the Combustion gases captured in the cylinder 17 comes into contact with a cover layer 19 ' the same material as the cover layer 19 coated. The gas outlet line 16 is around a hose made of polytetrafluoroethylene, which has an inner diameter of 8 mm and a length of 1.5 m this hose consists of several sections which are detachable by hose couplings 21 are connected to each other. In the gas outlet line 16, a filter device 22 is placed, which consists of a the gas outlet line 16 is connected to the cylindrical housing which is filled with glass wool 23. To the Moving the piston 18 in the cylinder 17, a drive device 24 is provided to which a motor 25, a continuously variable transmission 26 connected to the motor 25 and one the continuously variable transmission 26 and the piston rod 27 of the piston 18 interconnecting guide arrangement 28 belong. The guide assembly 28 consists of opposing fixed Sützplattcn 30 and 31, one with the infinitely variable change gear 26 connected and to rotary movements on the support plates 30 and 31 mounted threaded spindle 29, one provided in Ersireckung between the Slützplatten 30 and 31 and At the end of these guide rods 32 and 32 a sliding plate 33, one end of which can slide on the guide rods 32 is mounted, the threaded spindle 29 extending through the plate 33 in screw engagement and the piston rod 27 is connected to the other end of the plate 33.

Der BeiricbsabliUif ist bei dem Verbrennungsofen und der zum Auffangen der Verbrennungsgase dienenden Vorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau der folgende: Zunächst wird der Verbrennungsraum 2 durch die elektrische Heizvorrichtung 3 bchci/.t und hierauf wird die Luftpumpe 9 zur luftzuführung in den Verbrennungsraum 2 in Betrieb genommen, nachdem die Probeneinfüllöffnung 7 des Verbrennungsraums geöffnet worden ist. Die von der Luftpumpe 2 geförderte Luft wird im Durchströmen der Trocknungseinrichtung 11 über dem darin befindlichen Silicagel 13 getrocknet. Die nach dem Durchtritt durch das Silicagel 13 aus der Trocknungseinrichtung 11 ausströmende trockene Luft tritt nach dem Durchströmen des Durchflußmessers 14 durch den Einlaß 4 in den Verbrennungsraum 2 ein. Der Luftdurchsalz der Luftpumpe 9 wird mit Hilfe des Durchflußmessers 14 auf einen Sollwert eingestellt, beispielsweise also auf 100 Liier pro Stunde. Die in den Verbrennungsraum 2 einströmende Luft wird in diesem erhitzt und strömt durch die F.infüllöffnung 7 für das Probcnmalerinl nach außen ab. Die in dem Verbrennungsraum 2 herrschende Temperatur oder genauer gesagt, die Temperatur an der Oberfläche der Quarzperlen 8 und an der Innenwand des Verbrennungsraums 2, wo die Hitze am größten ist, wird mittels eines durch die Einfüllöffnung 7 für das Probenmaterial in den Verbrennungsraum 2 eingeführten Thermoelements 34 gemessen, um so eine Temperatureinstellung des Verbrennungsraums 2 auf einen Sollwert zu ermöglichen, beispielsweise aufThe operation of the incinerator and the device used to collect the combustion gases with the structure described above is as follows: First, the combustion chamber 2 is activated by the electrical heating device 3 and then the air pump 9 for supplying air to the combustion chamber 2 is operated taken after the sample filling port 7 of the combustion chamber has been opened. The air conveyed by the air pump 2 is dried as it flows through the drying device 11 over the silica gel 13 located therein. The dry air flowing out of the drying device 11 after passing through the silica gel 13 enters the combustion chamber 2 after flowing through the flow meter 14 through the inlet 4. The air flow through the air pump 9 is set to a desired value with the aid of the flow meter 14, for example to 100 liters per hour. The air flowing into the combustion chamber 2 is heated in it and flows out through the filling opening 7 for the sample painting . The temperature prevailing in the combustion chamber 2 or, more precisely, the temperature on the surface of the quartz beads 8 and on the inner wall of the combustion chamber 2, where the heat is greatest, is determined by means of a thermocouple inserted into the combustion chamber 2 through the filling opening 7 for the sample material 34 measured in order to enable the temperature of the combustion chamber 2 to be set to a target value, for example to

ίο 700°C, indem zu diesem 21weck die Stromzufuhr zu der elektrischen Heizvorrichtung 3 entsprechend geregelt wird. Das stufenlos Wechselgetriebe 26 wird im voraus so eingestellt, daß die Menge des in der Zeiteinheit abgesaugten Gases etwas; größer ist als die Menge der in der Zeileinheit von der Luftpumpe 9 zugeführten Luft, worauf der Motor 25 zur Betätigung des Kolbens 18 zum Saughub in Betrieb genommen wird. Hierdurch wird eine Drehbewegung der Gewindespindel 29 ausgelöst und die mit der Gewindespindel 29 in Schraubeingriff stehende verschiebbare Platte 33 wird nun entlang der Spindel 29 und der Führungsstange 28 in Richtung des Motors 25 verschoben, so daß der Kolben 18 zum Saughub herausgezogen wird. Gleichzeitig mit der Einleitung des Saughubs wird eine eingewogene Menge des Probenmatcrials durch die hierfür vorgegebene Einfüllöffnung 7 in den Verbrennungsraum 2 gegeben, worauf die Einfüllöffnung 7 mit dem Stopfen 6 verschlossen wird. Das in den Verbrennungsraum 2 eingebrachte Probenmaterial brennt dort ab, wobei Verbrennungsgase verschiedener Art entstehen. In den meisten Fällen enthalten diese Verbrennungsgase Wasserdampf. Die gebildeten Verbrennungsgase steigen in dem Verbrennungsraum 2 auf und werden nach dem Durchströmen der Gasaustrittsleitung 16 in dem Zylinder 17 aufgefangen. Der in den Verbrennungsgasen enthaltene Wasserdampf kondensiert infolge Abkühlung, während die Verbrennungsgase die Gasaustrittslcitung 15 durchströmen, die eine beträchtliche Länge hat, wobei das kondensierte Wasser in Form von Wassertröpfchen an der Wandinncnfliiche der Austriitslcitung 16 und in der Glaswolle haften bleibt, die in der Filtervorrichtung 22 enthalten ist. Der bei der Verbrennung gebildete Rauch und Ruß wird durch die Filtervorrichtung 22 aus den Verbrennungsgascn entfernt, während diese die Filtervorrichtung durchströmen, so daß nur wenig Rauch und Ruß in den Zylinder 17 gelangt. Beim Saughub des Kolbens Ii sind die Voraussetzungen für das Entstehen eine; Unterdrucks in dem Zylinder 17 und im Verbrennung!»ίο 700 ° C by turning off the power to the 21weck electric heater 3 is regulated accordingly. The continuously variable transmission 26 is made in advance adjusted so that the amount of gas sucked off in the unit of time something; is greater than the amount of in the line unit of the air pump 9 supplied air, whereupon the motor 25 to actuate the piston 18 is put into operation for the suction stroke. This results in a rotary movement of the threaded spindle 29 triggered and the screw-in engagement with the threaded spindle 29 displaceable plate 33 is now moved along the spindle 29 and the guide rod 28 in the direction of the motor 25, so that the Piston 18 is pulled out to the suction stroke. Simultaneously with the initiation of the suction stroke, a weighed-in amount of the sample material through the filling opening 7 provided for this purpose into the combustion chamber 2 given, whereupon the filling opening 7 is closed with the stopper 6. That in the Combustion chamber 2 introduced sample material burns there, with combustion gases of different Kind of emerge. In most cases these combustion gases contain water vapor. The combustion gases formed rise in the combustion chamber 2 and after flowing through the gas outlet line 16 captured in the cylinder 17. The water vapor contained in the combustion gases condenses as a result of cooling, while the combustion gases the gas outlet line 15 flow through, which has a considerable length, wherein the condensed Water in the form of water droplets on the inside of the wall the outlet 16 and in the glass wool remains, which is contained in the filter device 22. The smoke and soot formed during combustion is removed from the combustion gases by the filter device 22 removed while these flow through the filter device, so that little smoke and soot in the cylinder 17 arrives. During the suction stroke of the piston Ii, the prerequisites for the creation of one are; Negative pressure in the cylinder 17 and in the combustion! "

jo raum 2 gegeben, da die Geschwindigkeit der Absaugung der Gase in die Gasauf fangeinrichtung etwas größer is als die Geschwindigkeit der Luftzuführung durch di< Luftpumpe 9. In der Praxis tritt ein solcher Zustanc jedoch nicht ein. und in dem Zylinder 17 sowie in denjo room 2 given as the speed of the suction the gases in the gas collection device is slightly larger than the speed of the air supply through di <air pump 9. In practice, such a condition occurs however not one. and in the cylinder 17 as well as in the

Verbrennungsraum 2 bleibt im wesentlichen dei Normaldruck beibehalten, da die Außenluft im Durch tritt zwischen dem auf den Kolben 18 aufmonliertei Dichtungsring 20 und der Innenwand des Zylinders 17 ii diesen einströmt. Es kommt daher auch nicht ziCombustion chamber 2 remains essentially the normal pressure, since the outside air is in the through occurs between the sealing ring 20 mounted on the piston 18 and the inner wall of the cylinder 17 ii this flows in. It does not come therefore also zi

Schwankungen in der Luftzufuhr zum Verbrennungs raum 2, die durch eine Druckminderung im Verbren nungsraurn bedingt wären, und es können dahe gleichbleibende Verbrennungsbedingungen cingehaltei werden. Die Verbrennungsgase werden in hoheFluctuations in the air supply to the combustion chamber 2 caused by a reduction in pressure during combustion would be conditional, and constant combustion conditions can therefore be maintained will. The combustion gases are in high

Konzentration innerhalb einer kurzen Zeitspanne, dii beispielsweise I bis 2 Minuten betragen mag, in den Zylinder 117 aufgefangen, nachdem der Kolben 18 seim Bewegung beendet hat. ohne daß sie hierbei iiConcentration within a short period of time, dii for example 1 to 2 minutes, is received in the cylinder 117 after the piston 18 seim Movement has ended. without them here ii

nennenswertem Umfang nach außen ausströmen können, wenngleich sie etwas mit Luft verdünnt werden. Die im Verbrennungsraum 2 gebildeten Verbrennungsgase werden also gänzlich in den Zylinder 17 überführt. Zur Ermittlung des Gesamtvolumens der aufgefangenen Gase kann die Verschiebungsstrecke des Kolbens 18 beim Absaugen gemessen werden. Bei den im Rahmen der erfinderischen Bemühungen durchgeführten Versuchen wurde indessen der Kolben über eine gleichbleibende Strecke fortbewegt, um das Gesamtvolumen der ι ο aufgefangenen Gase konstant zu halten. Es bestätigte sich, daß die noch im Verbrennungsraum 2 verbliebenen Verbrennungsgase restlos in die Kammer 17 überführt werden können, wenn man den Kolben 18 nach Beendigung der Verbrennung des Probenmaterials. kontinuierlich noch 5 cm weiterbewegt. Sobald die Verbrennungsgase in der beschriebenen Weise in den Zylinder 17 überführt worden sind, wird die Kolbenstange 27 von der verschiebbaren Platte 33 gelöst, der zum Zylinder 17 führende Abschnitt der Gasaustrittsleistung 16 wird an der Schlauchkupplung 21 von dem restlichen Abschnitt getrennt, an das Ende des abgenommenen Abschnitts der Gasaustrittsleitung 16 wird eine zylindrische Gaszelle zur Untersuchung des Infrarotabsorptionsspektrums angeschlossen, die ein Innenvolumen von 250 cm³ und eine Licht weglänge von 10 cm hat, wobei der Innendruck auf 0,5 Torr herabgesetzt ist, und die in dem Zylinder 17 befindlichen Verbrennungsgase werden in die Gaszelle überführt, indem man den Kolben 18 von Hand verschiebt. Beim Versuch wurde der Druck der Verbrennungsgase unmittelbar vor der Messung wieder auf Atmosphärendruck eingestellt. Es konnte auch bestätigt werden, daß die in dem Zylinder 17 aufgefangenen Verbrennungsgase schon unmittelbar nach der Überführung hinreichend darin verteilt sind und daß sich nirgends eine Segregation der Gase in dem Zylinder zeigt.can flow to the outside to a significant extent, although they are somewhat diluted with air. The combustion gases formed in the combustion chamber 2 are therefore completely transferred into the cylinder 17. To determine the total volume of the captured gases, the displacement distance of the piston 18 can be measured during suction. In the tests carried out as part of the inventive efforts, however, the piston was moved over a constant distance in order to keep the total volume of the gases captured constant. It was confirmed that the combustion gases still remaining in the combustion chamber 2 can be transferred completely into the chamber 17 if the piston 18 is opened after the combustion of the sample material has ended. continuously moved another 5 cm. As soon as the combustion gases have been transferred into the cylinder 17 in the manner described, the piston rod 27 is released from the sliding plate 33, the section of the gas outlet 16 leading to the cylinder 17 is separated from the remaining section at the hose coupling 21, at the end of the Removed section of the gas outlet line 16 is connected to a cylindrical gas cell for examining the infrared absorption spectrum, which has an internal volume of 250 cm ³ and a light path length of 10 cm, the internal pressure is reduced to 0.5 Torr, and the combustion gases located in the cylinder 17 are transferred to the gas cell by sliding the piston 18 by hand. During the experiment, the pressure of the combustion gases was set back to atmospheric pressure immediately before the measurement. It could also be confirmed that the combustion gases trapped in the cylinder 17 are already sufficiently distributed therein immediately after the transfer and that there is no segregation of the gases anywhere in the cylinder.

Zur Bewertung der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Erzeugung und beim Auffangen der Verbrennungsgase erzielbaren Meßgenauigkeit wurde sechsmal eine Menge von 0,1 g Polyhexamethylenadipinsäureamid verbrannt, wobei die Verbrennungstemperatur 700⁰C betrug, während sich der Luftdurchsatz auf 100 Liter pro Stunde belief, und wobei die quantitative Analyse der Verbrennungsgase bei jedem Versuch nach der Methode der Untersuchung des Infrarotabsorptionsspektrums vorgenommen wurde. Die Resultate sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefaßt: ♦To evaluate the advantages attainable with the inventive device in the generation and in collecting the combustion gases accuracy an amount of 0.1 g of polyhexamethylene adipamide was six times burned, the combustion temperature of 700 ⁰ C, while the air flow rate amounted to 100 liters per hour was, and wherein the quantitative analysis of the combustion gases in each experiment was carried out by the method of studying the infrared absorption spectrum. The results are summarized in the table below: ♦

Versuch Nr.Attempt no.

CO2CO2

COCO

NHj HCNNHj HCN

CHtCHt

OH4OH4

C2H2C2H2

330330 181181 99 2929 6262 8686 1919th 339339 177177 77th 2828 6262 7878 1616 305305 190190 77th 3030th 6464 8282 1515th 315315 174174 1010 2828 6262 8484 1313th 338338 167167 99 2626th 6060 8080 1313th 340340 190190 1212th 2828 6262 8484 1212th 328328 180180 99 2828 6262 8282 1414th 4,14.1 4,64.6 19,219.2 4,44.4 1,91.9 2,82.8 10,010.0

In der obigen Tabelle bezeichnet ν den jeweiligen Mittelwert und m.A. (%) die prozentuale mittlere Abweichung.In the table above, ν denotes the respective Mean and m.A. (%) the percentage mean deviation.

Wie ims dieser Tabelle hervorgeht, konnte festgestellt werden, daß die Mcngennnteilc der verschiedenen Bestandteile mit Ausnahme des Ammoniaks mit einer mittleren Abweichung bis maximal 10 Prozent bestimmt werden können. Beim Ammoniak Hißt die Genauigkeit der Bestimmung wahrscheinlich deshalb zu wünschen übrig, weil die erzeugte Ammoniakmenge im Fall der Verbrennung von PolyhexamethylenadipirüiSureamid an und für sich nur gering ist und weil die Menge des entstehenden Ammoniaks auch schon durch geringfügige Änderungen der Verbrennungsbedingungen beeinflußt wird. Die Bestimmungsgenauigkeit des Acetylcns war ebenfalls etwas geringer, weil sich die Menge des gebildeten Acetylene schon bei geringfügigen Abweichungen in den Verbrennungsbedingungen ändert, was insbesondere für den Luftdurchsatz gilt. Es wurde festgestellt, daß bei der quantitativen Analyse anderer Kunststoffe die gleiche Qenauigkeit erreicht werden kann wie im Fall des Polyhexamethylenadlpinstturcamid. Da in die obige Oenauigkeitsbewertung jeweils der Fehler mit eingeht, der der auf der Untersuchung des Infrarotabsorptionsspektrums beruhenden Bestimmungsmethode innewohnt, ist davon auszugehen, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse bei der Erzeugung und beim Auffanaen der Verbrennungsgasc tatsächlich noch besser sein dürfte, als sich dies in den in der obigen Tabelle zusammengestellten Werten zu erkennen gibt.' Im Zuge der erfinderischen Bemühungen wurde noch ein weiterer Versuch durchgeführt, um den Mengenanteil eines in dem Zylinder 17 im gasförmigen Zustand aufgefangenen wasserlöslichen Gases zu bestimmen, falls in dein Verbrennungsraum 2 ein solches wasserlösliches Gas entsteht. Bei diesem Versuch wurden 0,1 g Polyiilhylcn, das bei der Verbrennung einen erheblichen Wasseranteil liefert, in den Verbrennungsraum 2 As can be seen in this table, it was found that the percentages of the various constituents, with the exception of ammonia, can be determined with an average deviation of up to a maximum of 10 percent. In the case of ammonia, the accuracy of the determination is likely to be unsatisfactory because the amount of ammonia produced in the case of the combustion of polyhexamethylene adipirüi-sureamide is only small in and of itself and because the amount of ammonia produced is influenced by slight changes in the combustion conditions. The accuracy of determining the acetylene was also somewhat lower, because the amount of acetylene formed changes even with slight deviations in the combustion conditions, which applies in particular to the air throughput. It has been found that the same accuracy can be achieved in the quantitative analysis of other plastics as in the case of the polyhexamethylene adipinate turcamide. Since the above accuracy assessment includes the error inherent in the method of determination based on the investigation of the infrared absorption spectrum, it can be assumed that with the device according to the invention the reproducibility of the results during the generation and collection of the combustion gas should actually be even better than This can be seen in the values compiled in the table above. ' In the course of the inventive endeavors, a further experiment was carried out in order to determine the proportion of a water-soluble gas captured in the gaseous state in the cylinder 17 if such a water-soluble gas arises in the combustion chamber 2. In this experiment, 0.1 g of polyethylene, which provides a considerable proportion of water when burned, was put into combustion chamber 2

eingebracht und darin unter den gleichen Bedingungen verbrannt, wie dies normalerweise der Fall ist, d. h. bei einer Temperatur von 700°C und einem Luftdurchsnt? von 100 Liter pro Stunde. Vor dem Auffongen dei gebildeten Verbrennungsgase in dem Zylinder 17 wurd« der darin enthaltene Wasserdampf durch Kondenstor in der Gasausirittslcimng 16 entfernt. Gleichzeitig mil der Beendigung des Vorbrennungsvorgangs wurdcr durch den Einlaß 4 zusammen mit der mit einen Durchsatz von 100 Liter pro Stunde /iigeführlcn Luf introduced and burned therein under the same conditions as is normally the case, ie at a temperature of 700 ° C and an air permeation? of 100 liters per hour. Before the combustion gases formed were collected in the cylinder 17 , the water vapor contained therein was removed by a condenser in the gas outlet 16. Simultaneously with the completion of the pre-combustion process, air was fed through inlet 4 together with a throughput of 100 liters per hour

6,0b cm^J Ammoniakgas in den Verbrennungsraum eingeleitet. Das Ammoniakgas wurde noch den Durchströmen der Gasaustriusleilung 16 in den· Zylinder 17 «ufgcfangen. Der Mcngennnteil des in den Zylinder 17 angesammelten Ammoniakgnscs belief siel6.0 cm ^J ammonia gas introduced into the combustion chamber. The ammonia gas was still caught as it flowed through the gas outlet line 16 into the cylinder 17. The amount of ammonia accumulated in the cylinder 17 decreased

auf 90 Prozent der in den Einlaß 4 eingeleiteten Menge Hieraus ist also zu entnehmen, daß sich nur ein Antei von 10 Prozent des Ammoniakgnses vor Erreichen de: Zylinders 17 in Wasser gelöst halle. Ks isl bekannt, dntto 90 percent of the amount introduced into inlet 4 From this it can be deduced that only 10 percent of the ammonia gas is present before the: Cylinder 17 dissolved in water. Ks isl known, dnt

entstehende Wassermenge bei Kunststoffen oder eren Materialien, bei deren Verbrennung wasserlöse Gase gebildet werden, allgemein geringer ist als ade beim Polyäthylen, und daß die Gesamtmenge von Kunststoffen gebildeten wasserlöslichen GaseThe amount of water that occurs in plastics or other materials that dissolve in water when they are burned Gases are formed, is generally less than ade with polyethylene, and that the total amount water-soluble gases formed by plastics

ίοίο

bereits im Anfangsstadium der Verbrennung abgegeben wird, wenn die erzeugte Wassermenge noch relativ gering ist. In Anbetracht dessen ist anzunehmen, daß der Anteil des in dem Zylinder 17 aufgefangenen wasserlöslichen Gases tatsächlieh über 95 Prozent liegen dürfte.is already given off in the initial stage of combustion, if the amount of water produced is still relative is low. In view of this, it is believed that the proportion of the water-soluble trapped in the cylinder 17 Gases should actually be over 95 percent.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for burning samples and for collecting the combustion gases for analytical purposes, consisting of a combustion device with a combustion chamber for burning a sample material and a heating device for heating the combustion chamber, a gas supply device for supplying a gas into the combustion chamber with a predetermined throughput and a Gas collecting device connected to the combustion chamber for collecting the combustion gases generated in the combustion chamber, the gas collecting device consisting of a cylinder and a piston, which can be displaced relative to one another by means of an adjustable drive device at a predetermined speed to enlarge the interior of the gas collecting device and to extract the combustion gases generated , characterized in that the piston (18) has a seal (20) on its peripheral surface with an incomplete seal between the piston (18) and the cylinder it has (17) to compensate for a pressure difference between the interior of the cylinder (17) and the free atmosphere, and that the gas outlet line (16) connecting the combustion chamber (2) with the gas collecting device (15) has a cooling device for condensation and separation of the in the Combustion gases contained water vapor is assigned.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that in the gas outlet line (16) a Filter device (22) is arranged for separating the solid components of the combustion gases.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that that the speed of the drive device assigned to the gas collecting device (15) (24) depending on the respective performance of the gas supply device (9) and the Heating device (3) can be regulated.