DE2513617A1 - Geraet zur gaschromatographischen analyse von pyrolyseprodukten - Google Patents
Geraet zur gaschromatographischen analyse von pyrolyseproduktenInfo
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Description
Gerät zur gaschromatographischen Analyse von Pyrolyseprodukten
Die Erfindung betrifft allgemein ein Gerät zur Probeentnahme und Analyse für eine gasgekühlte dynamoelektrische Maschine und im
besonderen eine gaschromatographische Einrichtung zur Lokalisierung
von überhitzten Teilen der Maschine.
In der US-Patentschrift 3 ^27 880 wird ein System zur Feststellung
einer überhitzung an einer dynamoelektrischen Maschine beschrieben.
Ein Ionenkammer-Detektor der in der US-Patentschrift
3 573 460 beschriebenen Bauform wird dazu verwendet, um Teilchen
in-der Größenordnung von Mikron und darunter festzustellen, die von verschiedenen organischen Materialien in das Kühlgas der
dynamoelektrischen Maschine abgegeben werden, wenn bestimmte
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Maschinenteile überhitzt werden, die mit diesen organischen Materialien
überzogen sind oder aus ihnen bestehen. Diese Teil chen
im Mikronbereich, die von sich in der Wärme zersetzenden organischen
Materialien infolge einer örtlichen überhitzung abgegeben
werden, werden auch als Pyrolyseprodukte bezeichnet. Pyrolyseprodukte jedes bestimmten Typs eines organischen Materials besitzen
identifizierbare Kennzeichen, welche durch die Verfahren der gaschromatographischen
Analyse festgestellt werden können. Die vorgenannte US-Patentschrift 3 427 880 befaßt sich mit der Peststellung
von Pyrolyseprodukten in dem Kühlgas. Es ist jedoch auch noch erwünscht, die Quelle der Pyrolyseprodukte zu lokalisieren,
welche in das Kühlgas der dynamoelektrischen Maschine eingebracht werden. Eine Einrichtung zur Probeentnahme ist einem System zugeordnet
und kann durch ein Signal von einem Ionenkammer-Detektor nach der Feststellung von Pyrolyseprodukten betätigt werden. Die
Probeentnahmeeinrichtung wird aus dem System herausgenommen zur
gaschromatographischen und massenspektrometrischen Analyse, um
hierdurch die Quelle der überhitzung zu lokalisieren.
Es ist weiterhin erwünscht, eine Möglichkeit zur Identifizierung der Pyrolyseprodukte an Ort und Stelle zu schaffen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung
zur Gasprobeentnahme und Analyse für eine gasgekühlte
dynamoelektrische Maschine zu schaffen.
Demgemäß ist in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ein Gerät zur Probeentnahme und Analyse vorgesehen, das unmittelbar mit der dynamoelektrischen Maschine verbunden werden kann.
Das Gerät enthält eine gaschromatographische Einrichtung stromabwärts
von einer Probeentnahmeeinrichtung und eine Vielzahl von Ventilen und Leitungen, die alternativ zur Probeentnahme aus dem
Gas, zur Erhitzung der Gasprobe und dann zum Durchlauf der Gasprobe durch die gaschromatographische Einrichtung zur Analyse benutzt
werden können, wobei dann ein gereinigtes Trägergas verwendet wird. Das Gerät kann durch ein Signal von einer Detektoreinrichtung
für die überhitzung (lonenkammer-Detektor) fernbetätigt
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werden. Man erhält die Ergebnisse von der gaschromatographischen
Säule durch Verwendung eines Plammenionisations-Detektors und Kurvenschreibers",
die an sich bekannt sind. Eine zweite Ausführungsform enthält ein einziges Ventil stromabwärts von einer Heiz- und
Gasreinigungs-Anordnung, das alternativ geheiztes Gas und gereinigtes
Gas in eine gaschromatographische Einrichtung leiten kann.
Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden
ausführlichen Beschreibung mehrerer Ausführungsformen
im Zusammenhang mit den Abbildungen.
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht mit einem weggeschnittenen Teil einer dynamoelektrischen Maschine, an der ein Ionenkammer-Detektor
und gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gerät zur Probeentnahme und zur Analyse von Pyrolyse-Produkten
befestigt ist.
Figur 2 zeigt eine vergrößerte schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die von der
dynamoelektrischen Maschine an den Anschlüssen für Hoch- und Niederdruck abgetrennt ist.
Figur 3 ist eine vergrößerte schematische Darstellung einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die von der dynamoelektrischen Maschine an den Anschlüssen für
Hoch- und Niederdruck abgetrennt ist.
Es wird Bezug genommen auf Figur 1, die eine dynamoelektrische Maschine 11 mit einem Rotor oder Läufer 13 und einem Statorkern
zeigt, die in einem gasdichten äußeren Gehäuse 17 gehaltert sind. Der Statorkern besteht aus Lamellen 19, die durch Kühlkanäle oder
Leitungen 21 voneinander getrennt sind. Die Lamellen sind mit Nuten zur Aufnahme der Statorwicklungen (nicht gezeigt) ausgestattet
und an jedem Ende des Statorkerns sind diese Statorwicklungen zurückgebogen und erneut in den Statorkern geführt; die
zurückgebogenen Teile sind auch als Endwicklungen 23 bekannt. Ein Kühlgas, beispielsweise Wasserstoff, wird im Kreislauf in der
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dynamoelektrischen Maschine und durch die Kühlkanäle 21 im Statorkern
und weiterhin durch Wärmeaustauscher 25 (von diesen ist nur einer gezeigt) durch ein am Rotor befestigtes Gebläserad 27
geführt. Weiterhin ist es üblich, die Wicklungen des Statorkerns noch dadurch zusätzlich zu kühlen, daß man durch die Statorwicklungen
ein flüssiges Kühlmittel schickt. Der Fachmann wird verstehen, daß seit geraumer Zeit in der Praxis die Lamellen des
Statorkerns, die Endwicklungen usw. mit verschiedenen organischen Materialien überzogen werden, beispielsweise mit Epoxydharz,
polymeren Harzen und anderen Isolationsmitteln. Diese organischen Materialien geben bei einer Überhitzung Teilchen in der Größenordnung
von einem Mikron und darunter und gasförmige Produkte als Pyrolyseprodukte ab, die festgestellt und identifiziert werden
können, wie dies noch nachstehend ausgeführt wird.
Ein Teil des Kühlgases wird an der Hochdruckseite des Maschinengehäuses
an einem Anschluß 31 entnommen, der auch noch ein Ventil 33 enthält. Das Kühlgas wird an einem Anschluß 35 mit einem
Ventil 37 in die Niederdruckseite des Maschinengehäuses zurückgeleitet. Daher wird ein Gasstrom aus der Maschine heraus und in
die Maschine durch die Druckdifferenz in dem Maschinengehäuse bewirkt.
Ein Ionenkammer-Detektor (ICD) ist zwischen den Anschlüssen für Hochdruck und Niederdruck angeschlossen und stellt das
Vorhandensein von im Kühlgas mitgeführten Pyrolyseprodukten fest. Durch Betätigung eines Ventils 41 kann ein Filter F selektiv dazu
verwendet werden, die Gültigkeit eines Warnsignals oder einer Warnanzeige durch den Detektor festzustellen. Der Detektor ist
elektrisch mit einem Verstärker A und einem Kurvenschreiber R verbunden. Weitere Einzelheiten zu den vorstehenden Gesichtspunkten
sind in der US-Patentschrift 3 427 880 enthalten.
Die Erfindung i3t insbesondere auf ein Gerät 50 zur Probeentnahme
und Analyse gerichtet. Das Einlaßende des Gerätes ist mit einem Hochdruckanschluß 51 von der dynamoelektrischen Maschine verbunden
und das Auslaßende des Gerätes ist mit einem Niederdruckansehluß 53 verbunden.
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Es wird Bezug genommen auf die Figur 2. Das Gerät zur Probeentnahme
und Analyse enthält eine Probeentnahmeeinrichtung 55 und ^ein gas chromatographisches Gerät mit einer gas chromatographischen
Säule 57 und einem Detektor 59· Das Gerät enthält weiterhin eine Gasreinigungseinrichtung 61, um den Wasserstoff der Maschine rein
genug zu erhalten, so daß er als Trägergas dienen kann. Alternativ kann man ein geeignetes Gas, beispielsweise Wasserstoff oder
Helium, aus einem Druckzylinder als Trägergas verwenden. Eine zweite Reinigungsanlage parallel zur Reinigungsanlage f>l, die
jedoch normalerweise dann durch Ventile gegenüber dieser gesperrt ist, ermöglicht die Peststellung, ob die Reinigungsanlage 6l
richtig arbeitet, und ermöglicht weiterhin eine schnelle Umschaltung auf die zweite Reinigungsanlage, wenn eine Regenerierung der
Reinigungsanlage 61 erforderlich ist. Der Detektor wird aus noch
nachstehend erläuterten Gründen elektrisch mit einem Kurvenschreiber 65 verbunden.
Das Gerät zur Probeentnahme und Analyse enthält auch eine Anzahl von Ventilen A- G, um das Kühlgas während der Probeentnähmefunktion
durch die Probeentnahmeeinrichtung zu schicken und nicht gereinigtes Kühlgas während des Analysenschrittes an der Probeentnahmeeinrichtung
vorbeizuleiten. Während der Probeentnahmefunktion sind die Ventile B, E und P offen und die Ventile A, C und D geschlossen.
Das Ventil G bleibt nach seiner erstmaligen Einstellung offen und teilt die Strömung so auf, daß ein Teil des Gases
stets durch die Reinigungsanlage 6l strömt und das übrige Gas zum Niederdruckanschluß oder zu einer Auslaßöffnung 3trömt. Daher
tritt während der Probeentnahme das Kühlgas, normalerweise Was-,
serstoff, aus der dynamoelektrischen Maschine durch das Ventil B
in das Gerät ein. Dieses kann ein Magnetventil sein, das durch ein Signal von dem Ionenkammer-Detektor betätigt wird. Vom Ven
til B strömt das Gas durch die Probeentnahmeeinrichtung 55, durch die Ventile E und G. Danach strömt ein Teil des Gases durch die
Reinigungsanlage 61, das Ventil P, die chromatographische Säule 57»
den Detektor 59 und von da aus zum Niederdruckanschluß 53 der· dynamoelektrischen Maschine. Der Niederdruckanschluß muß nicht im
Innern der dynamoelektrischen Maschine enthalten sein und kann
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beispielsweise ein Ablaßrohr zur Atmosphäre oder eine geeignete Saugpumpe sein, welche das Gas in die dynamoelektrische Maschine
zurückdrückt. Die Probeentnahmeeinrichtung 55 kann eine solche Einrichtung der Bauform sein, wie sie in der deutschen Patentanmeldung
P 24 q4 298.6 offenbart ist. Die Ausführungsform nach
Figur 4. dieser Patentanmeldung umfaßt eine Prallblechstruktur
(baffle), wobei die Prallbleche mit einem hierfür besonders geeigneten Silikagel-Pulver imprägniert sind. Die Probeentnahmeeinrichtung
besitzt noch ein Heizelement, um die zurückgehaltenen Pyrolyseprodukte vor dem Vorgang der Analyse freizusetzen. Geeignete
Heiztemperaturen liegen im Bereich von 500 0C bis 1000 0C,
wie dies ebenfalls in der vorstehenden Patentanmeldung beschrieben ist. Andere Absorptionsmittel, beispielsweise Chromsorb 101
(dieses kann nur auf 200 0C aufgeheizt werden und wäre nur für
die gasförmigen leichtverflüchtigenden Produkte geeignet), können verwendet werden.
Die Gasreinigungsanlage 6l kann irgendeine Reinigungseinrichtung sein, die in der Lage ist, das gasförmige Kühlmittel von den
Pyrolyseprodukten zu reinigen. Ein geeignetes Beispiel ist ein Glasfaser-Filter, gefolgt von einem Einsatz mit Aktivkohle.
Der Detektor 59 kann ein Flammenionisations-Detektor sein, wie er an sich auf dem Gebiet der GasChromatographie bekannt ist. Der
Detektor ist elektrisch mit einem Kurvenschreiber verbunden, der eine Kurve des zeitlichen Verlaufs der Signalstärke gibt (ein
Gaschromatogramm), deren Gestalt von dem gerade analysierten
.Pyrolyseprodukt abhängig ist. Die Detektorablesung wird mit bekannten
Gaschromatogrammen von Generatormaterialien verglichen,
um festzustellen, welches Generatormaterial überhitzt wird.
In dem AnalyseVorgang sind die Ventile A, C und D offen und die
Ventile B, E und F sind geschlossen. Auch hier bleibt das Ventil G offen und bleibt so eingestellt, daß ein geeigneter Gasstrom
durch die Reinigungsanlage 6l erfolgt und der restliche Teil des Qaaes zum Niederdruckanschluß 53 strömt. Es sei angenommen, daß
die anfängliche Probeentnahme beendet ist und man die in der
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Probeentnahmeeinrichtung 55 gesammelten Pyrolyseprodukte durch das gaschromatographische Gerät schicken will. Wenn sich die
Ventile in de-n beschriebenen Stellungen befinden, dann wird das Heizelement in der Probeentnahmeeinrichtung betätigt und das in
das Gerät eintretende Gas strömt durch die Ventile A und G und dann durch die Reinigungseinrichtung 61, das Ventil C, die Probe-"
entnahmeeinrichtung 55 (mit entgegengesetzter Strömung), das Ventil D, die gasChromatographieehe Säule 57>
den Detektor 59 und von dort in den Niederdruckanschluß 53·
Die Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die an einem Ende an den Hochdruckanschluß einer dynamoelektrischen Maschine und am anderen Ende an einen Niederdruckanschluß
angeschlossen ist. Das Kühlgas von der dynamoelektrischen Maschine strömt durch ein Ventil V. und wird unmittelbar
danach zwischen einer Leitung, bei der eine Heizeinrichtung H mindestens über einen Teil der Länge angebracht ist, und einer
zweiten Leitung aufgeteilt, die eine Gasreinigungseinrichtung P
enthält.
Ein Ventil Vp (ein gaschromatographisches Probeentnahmeventil)
ist stromabwärts von der Heiz- und Reinigungseinrichtung angeordnet und richtet das Gas aus der Heizungsleitung und der Reinigerleitung entweder in die gaschromatographische Einrichtung oder in
eine Beipaß-Leitung, je nachdem, ob eine Probeentnahme oder eine Analyse stattfindet. Die gaschromatographische Einrichtung enthält
auch hier eine gaschromatographische Säule und einen Detektor.
Der Detektor kann ein Plammenionisations-Detektor sein, der
elektrisch mit einem Kurvenschreiber verbunden ist, wie dies zuvor
beschrieben wurde. Die Beipaß-Leitung steht stromaufwärts von der gaschromatographischen Säule in Strömungsmittelverbindung mit
dem Ventil V2 und ist stromabwärts von dem Detektor in der Nähe
des Niederdruckanschlusses wieder zur Leitung zurückgeführt. Die Betriebsweise des Gerätes zur Probeentnahme und Analyse i3t wie
folgt: während des Probeentnahmeschrittes wird das Kühlgas auf eine erhöhte Temperatur (600 bis 1000 0G) aufgeheizt, um etwa
vorhandene teilchenförmige Pyrolyseprodukte und solche Produkte
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mit hohem Molekulargewicht in gasförmige Produkte aufzuspalten, welche für die gas chromatographische Analyse geeignet sind, und
anschließend durch das Ventil V„ und in die ßeipaßleitung geleitet.
Bei diesem Vorgang wird ein Kanal, der einen Teil des Ventils darstellt, gespült und-mit dem erhitzten Kühlgas gefüllt.
Gleichzeitig wird der andere Teil des Gasstromes durch die Reinigungseinrichtung
und das Ventil V? in die gaschromatographiscne
Säule geführt. Während des Analysenschrittes wird das Ventil V„
so eingestellt, daß das erhitzte Kühlgas nunmehr in die Beipaß leitung geleitet wird und der andere Teil des Gases durch die
Reinigungseinrichtung und durch den Kanal (im Ventil Vp) strömt,
der mit erhitztem Kühlgas gefüllt ist, und dann als Trägergas wirkt und durch die gaschromatοgraphische Säule strömt. Die Einstellung
des Ventils Vp für den Analyseschritt kann automatisch
nach Betätigung durch ein Überhitzungssignal von einem Ionenkammer-Detektor
erfolgen, welcher mit der dynamoelektrischen Maschine
verbunden ist.
Jedes geeignete Material kann in der chromatographischen Säule
verwendet werden, beispielsweise Carbowax 20. Es liegt jedoch durchaus innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung, zwei
alternative Säulen mit verschiedenem Material parallel zu benutzen, wobei eine Säule beispielsweise Carbowax 20 zur Abtrennung
von Substanzen mit hohem Molekulargewicht und die andere Säule ein Material enthalten kann, das besser für die Abtrennung
von Material mit niedrigem Molekulargewicht geeignet ist, beispielsweise ein poröses Polymer Poropak.
Es wird erneut Bezug genommen auf die deutsche Patentanmeldung P 24 04 298.6 vom 30. Januar 1974, bei der in Tabelle 1 Beispiele
für die gas chromatographische Analyse von verschiedenen Pyrolyseprodukten
enthalten sind.
Die spezifische Arbeitsweise jeder Ausführungsform des Geräts zur
Probeentnahme und Analyse wurde bereits offenbart. Das Gerät kann so angeordnet werden, daß man Gaschromatοgramme in ausgewählten
Zeitintervallen erhält, oder es kann in Bereitschaftsstellung
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gehalten werden, um ein Gaschromatogramm in Kombination mit einem
Detektor und Warnsystem zu erzeugen, das einen Ionenkammer-Detektor enthält. Bei der Peststellung von Pyrolyseteilchen wird das
Gerät zur Probeentnahme und Analyse in Betrieb gesetzt; dies kann beispielsweise durch ein Magnetventil geschehen, das ein Signal
von dem Ionenkammer-Detektor erhält. Wenn die Probeentnahme beendet
ist, wird das Gerät auf die Analysenfunktion eingestellt und anschließend werden die Gaschromatο .gramme mit den Gaschromatogrammen
von bekannten Generatormaterialien verglichen, Um festzustellen, welcher Teil der Maschine Pyrolyseprodukte abgibt.
Die Anwendung einer gaschromatographischen Anordnung gemäß der
Beschreibung und Darstellung in den Abbildungen kann auch zur Anzeige der Anwesenheit von Verunreinigungen im Kühlgas und der
Erzeugung von Pyrolyseprodukten in einem sehr frühen Stadium dienen. Diese letztere Punktion dient dazu, dem Stationsbedienungspersonal
eine weitere Möglichkeit (neben dem Ionenkammer-Detektor) zur Peststellung des Auftretens einer örtlichen überhitzung
in einer dynamoelektrischen Maschine zu geben.
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Claims (1)
- Patentansprüche1.) Gerät 2ur Probeentnahme und Analyse thermischer Zersetzungs- "^ produkte, welche in das Kühlgas einer dynamoelektrischen Maschine infolge örtlicher Überhitzung an Teilen dieser Maschine abgegeben werden} dadurch gekennzeichnet , daß es umfaßt:eine gas chromatographische Einrichtung;, welche mit der dynamoelektrischen Maschine zur Aufnahme eines Teils des Kühlgases der dynamoelektrischen Maschine (10) verbunden ist, wobei diese gaschromatographische Einrichtung einen Detektor (59) stromabwärts von einer gaschromatographischen Säule (57) enthält, undeine Einrichtung (55) stromaufwärts von der gaschromatographischen Einrichtung zur selektiven Zuführung des Kühlgases der Maschine und eines Trägergases zu der gas chromatographischen Einrichtung.2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die dynamoelektrische Maschine (10) einen Hochdruckanschluß (5D und einen Niederdruckanschluß (53) enthält und die gas chromatographische Einrichtung zwischen diesen Anschlüssen angeordnet ist.3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Trägergas gereinigtes Kühlgas der dynamoelektrischen Maschine ist.4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß es weiterhin eine Probeentnahmeeinrichtung (55) enthält, die stromaufwärts von der gaschromatographischen Einrichtung an den Hochdruckanschluß (51) angeschlossen ist.509843/0280Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur selektiven Zuführung .von Kühlgas der Maschine und gereinigtem Kühlgas zur gaschromatographischen Einrichtung umfaßt:eine erste Leitung an der Seite der Probeentnahmeeinrichtung (55) zum Hochdruckanschluß (51) mit einem Ventil (A),eine zweite Leitung auf der anderen Seite der Probeentnahmeeinrichtung (55) mit einem eingefügten Ventil (E),eine dritte Leitung mit einer Gasreinigungseinrichtung (61), welche die erste und die zweite Leitung mit einer vierten Leitung verbindet, wobei diese vierte Leitung die andere Seite der Probeentnahmeeinrichtung (55) mit der gaschromatographischen Einrichtung (57» 59) verbindet, die vierte Leitung ein erstes Ventil (C) zwischen der Probeentnahmeeinrichtung (55) und der dritten Leitung und ein zweites Ventil (P) zwischen der dritten Leitung und der gaschromatographischen Einrichtung (57, 59) besitzt,ein Ventil (B) auf der Seite der Probeentnahmeeinrichtung (55) zum Hochdruckanschluß (41) zwischen der ersten Leitung und der Probeentnahmeeinrichtung vorhanden ist undeine fünfte Leitung zur Verbindung der Seite der Probeentnahmeeinrichtung zum Hochdruckanschluß (51) zwischen dem Ventil (B) und der Probeentnahmeeinrichtung (55) mit der gaschromatographischen Einrichtung (57> 59) vorhanden ist und diese fünfte Leitung ein darin angebrachtes Ventil (D) besitzt.Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (B) auf der Seite der Probeentnahmeeinrichtung zum Hochdruckanschluß ein Magnetventil ist, das durch ein Signal von einem Ionenkammer-Detektor betätigbar ist, der mit der dynamoelektrischen Maschine verbunden ist.B098A3/02807. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß es umfaßt:erste und zweite Leitungen, die mit dem Hochdruckansehluß (4l) verbunden sind,eine Heizeinrichtung (H), die an mindestens einem Teil der ersten Leitung stromaufwärts von der gaschromatographischen Einrichtung angeordnet ist,eine Gasreinigungseinrichtung (P), die in der zweiten Leitung stromaufwärts von der gaschromatographischen Einrichtung angeordnet ist,wobei die Einrichtung zur selektiven Zuführung des Kühlgases der Maschine und des gereinigten Kühlgases zur gaschromatographischen Einrichtung ein Ventil (V„) stromaufwärts von der gaschromatographischen Einrichtung enthält, durch welches die zweite Leitung selektiv in der Betriebsart "Probeentnahme" mit einer Beipaßleitung um die gaschromatographisehe Einrichtung herum verbunden ist und die erste Leitung mit der Beipaßleitung und die zweite Leitung mit der gaschromatographischen Einrichtung in der Betriebsart "Analyse" verbunden ist.8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Detektor ein Flammenionisations-Detektor ist.9. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß das Ventil (Vp) stromaufwärts von der gaschromatographischen Einrichtung ein Magnetventil ist, das durch ein Signal von einem Ionenkammer-Detektor betätigbar ist, der mit der dynamoelektrischen Maschine verbunden ist.509843/0280Leerseite
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