DE2551385C3

DE2551385C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der absoluten Feuchte

Info

Publication number: DE2551385C3
Application number: DE2551385A
Authority: DE
Inventors: Gerhard 8990 Lindau Troetscher
Original assignee: Lindauer Dornier GmbH
Current assignee: Lindauer Dornier GmbH
Priority date: 1975-11-15
Filing date: 1975-11-15
Publication date: 1980-08-14
Also published as: CH611421A5; FR2331790A1; GB1531615A; DE2551385B2; DE2551385A1; FR2331790B1; IT1074927B; SE7612665L

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der absoluten Feuchte eines Gases mit einer Temperatur von wesentlich über 100⁰C.

Derartige Vorrichtungen finden Anwendung in Trocknerkonstruktionen, wie Konvektions-, Trommel- und Zylindertrockner wie sie z. B. für die Herstellung und Veredelung von mit hygroskopischen Eigenschaften behafteten Textilien, Kunststoffolien, Papier u. a. verwendet werden.

Aus wirtschaftlichen und aus Gründen der Automatisierung eines solchen Fertigungsprozesses ist die Bestimmung der in den Abgasen bzw. der Abluft enthaltenen Feuchtigkeit erforderlich. Insbesondere wird bei der Automatisierung solcher Trocknungsprozesse eine stetige, relativ rasch ansprechbare und zuverlässige Messung der Gas-Luftfeuchte bei beliebigen Temperaturen gefordert. Dazu muß die von dem zu trocknenden Gut in Form von Wasserdampf an das umgebende Gas bzw. die Luft abgegebene Feuchtigkeit als Meßgröße gemessen werden, wobei das relativ feuchte Gas bzw. die Lufl aus der Trockenvorrichtung mittels einer Saugvorrichtung (z. B. Ventilator) abgesaugt wird. Dieses derart abgesaugte Abgas bzw. die Abluft enthält, je nach verdampfter Wassermenge und je nach der nach außen transportierten Gas-Luftmenge, eine genaue definierte absolute Feuchtigkeit, gemessen in g/kg bzw. g/m^J. Die der Trockenanlage für die Aufnahme der verdampften Flüssigkeil zugeführte bzw. abgeführte Gas-Luftmenge ist ein entscheidendes Maß für die Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage.

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b0 Aus der Literatur (Feuchtigkeit, Grundlagen—Messen—Regeln, Windfried Luck, R. Oldenbourg, München—Wien 1964, Seite 61), ist es &n sich bekannt, den Wassergehalt über die spezifische Wärme und über die Enthalpie zu bestimmen bzw. zu messen. Auch aus der Praxis sind eine Reihe von Vorrichtungen und Geräten bekannt, die für ähnliche Meßzwecke eingesetzt werden. Zum Beispiel sind zwei Feuchtemeßgeräte für Gas-Lufttemperaturen bekannt, bei denen die über ein Filter abgesaugte Gas- bzw. Luftmenge durch ein Heiz-Kühlaggregat geleitet wird, um es in der folgenden Meßkammer auf eine gewünschte Temperatur konstant zu halten. Dabei muß diese Temperatur über der möglichen zu erwartenden Taupunkttemperatur liegen.

Bei dem einen bekannten Gerät sind in der Meßkammer zwei Widerstandsthermometer übereinander angeordnet, von denen eines ständig über einen Gewebestrumpf mit Kondenswasser versorgt wird (Feuchtkugeltherrnometer). Die Messung erfolgt nach der psychometrischen Differenz, wobei die Temperatur des trockenen Thermometers konstant gehalten wird. Zur Bestimmung der absoluten Feuchte des Gases bzw. der Luft genügt die Messung des feuchten Thermometers und die Eichung in absoluter Feuchte. Dagegen arbeitet das andere bekannte Gerät mit einem LiCl-(Lithium-Chlorid-)Fühler, wobei der Zusammenhang zwischen Umgebungstemperatur und möglichem meßbaren Taupunkt den Wirkungsgrad dieses Meßgerätes ergibt. Wegen der verschiedenen Faktoren, die die Temperaturkonstanthaltung des einströmenden Gases in die Meßkammer in weitem Bereich verändern können, ist für das Heiz-Kühlaggregat des Gas- bzw. Lufteinlaufes ein elektronischer Temperaturregler angeordnet, der für eine konstante Temperatur in der anschließenden Meßkammer sorgt. Vor dem Gas-Luftauslauf in die Meßkammer ist ein Widerstandsthermometer angeordnet, das als Ist-Wertfühler für die elektronische Regelung des Heizer-Kühlaggregates arbeitet und damit für die Regelung einer konstanten Temperatur in der Meßkammer sorgt. Der LiCl-Fühler ist in einem Raum in der Meßkammer über dem Gas-Luftein- und Auslauf gasdicht montiert. Dabei ist der LiCI-Fühler so angeordnet, daß er nicht in den Meßgasstrom reicht und nur von aufgewirbelten Gasen umströmt wird. Die von einem Widerstandsthermometer erfaßte Umwandlungstemperatur ist ein Maß für die absolute Feuchte.

Die Nachteile derartiger Vorrichtungen und Meßgeräte sind zahleich. Bei den Haar- und Folienhygrometern ist ein Messen der absoluten Feuchte oder der relativen Luftfeuchte bei Abgasen über 100⁰C nicht mehr möglich. LiCI-Geräte arbeiten dagegen meist nur bis Temperaturen von ca. 70⁰C. Wird der Meßgasstrom von über 100°C auf ca. 70⁰C gekühlt, so kann eine Verfälschung dadurch eintreten, weil an der kühlenden Oberfläche Wasser auskondensiert, das ursprünglich im Meßgasstrom enthalten war. Die Verwendung von LiCl hat den Nachteil, daß es den Taupunkt mißt. Trockner mit hohen Wasserverdampfungsraten arbeiten jedoch mit einer absoluten Luftfeuchtigkeit bis zu 250 g/kg und darüber entsprechend einem Taupunkt, der ebenfalls über 6O⁰C liegt. Die LiCI-Flüssigkeit verdampft sofort und muß deshalb laufend regeneriert werden.

Die Messungen mit einem Feuchtkugeltherrnometer sind deshalb problematisch, weil 0,5°C Abweichung schon einen Unterschied irn Meßwert von nahezu 7 bis 8% ergibt und ein Zuviel an zugeführtcr Flüssigkeit am Feuchtkugelthermometer eine Verfälschung nach unten

und umgekehrt bedingt. Dazu kommt der Effekt von Kalkablagerungserscheinungen. Bei den Geräten, die das beim Kühlen auskondensierende Kondensat für die Feuchttemperaturmessung verwenden, svird zwar der Nachteil der Kalkablagerungen ausgeschaltet, jedoch funktioniert die Messung nur dann, wenn der Feuchtegehalt so groß ist, daß beim Kühlen tatsächlich Kondensat entstehen kann. Hier sind außerdem Schwierigkeiten bezüglich der Kühlung zu erwarten, wenn die Abgase Temperaturen von 200° C und darüber : zu erreichen.

Ferner ist bei all derartigen Geräten nachteilig, daß schon ein geringfügiger Verschmutzungsgrad durch Staub, Fasern, Harz, Dämpfe, Ruß oder CO₂ ihre Funktionsfähigkeit vermindern oder in Frage stellen.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Aufnahme der verdampfenden Flüssigkeit der z. B. in einem Trockner zugeführten bzw. abgeführten Gas-Luftmenge in Form der absoluten Feuchtigkeit bei Temperaturen wesentlich über 100° C exakt gemessen werden kann, ohne daß das bzw. die dadurch gewonnenen Meßergebnisse durch ungünstige Faktoren beeinflußt und verfälscht werden.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß beim Zuführen (Einsprühen) einer genau definierten Flüssigkeits- bzw. Wassermenge jo IV in einem Meßgasvolumen V mit der Enthalpie Z₁, diese sich gesetzmäßig in

h = Ί

■ Uv

ändert, wobei twdie Temperatur der zugeführten bzw. eingesprühten Wassermenge ist.

Wird z.B. für tw eine Temperatur von 20°C angenommen, dann wird /2 zwischen 0,419 und

3,342 kj/kg verändert, wenn das Verhältnis ^ zwischen 0,005 und 0,04 kg/kg variiert oder innerhalb dieses Bereiches eingestellt wird. Die Abweichung liegt dann unter 1%. Das heißt, die Änderung des Wärmeinhalts feuchter Gase bzw. Luft über 100°C kann beim Zuführen bzw. Einsprühen von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser mit einer Temperatur von ca. 20°C

vernachlässigt werden, sofern das Verhältnis im

Bereich von 0,005 bis 0,04 kg/kg liegt. In der Praxis haben sich Werte zwischen 0,015 und 0,03 kg/kg bewährt (z. B. W= 6 kg/h, V= 400 bis 800 kg/h).

Folgend ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben und durch eine Skizze erläutert:

Die Figur zeigt eine beheizte Kammer 1 auf der, durch Bohrungen 2, 3 verbunden, ein wärmeisoliertes Meßrohr 4 angeordnet ist.

Im Meßrohr 4 ist zwischen seinem gekrümmten Rohrteil 5 und seinem sich verjüngenden Rohrende 6 ein zweites Rohr 7 angeordnet, deren einander gegenüberstehende Wäu(k bzw. vVandflächen 8,9 einen Abstand a von mindestens 1 mm haben. Dadurch wird der Temperaturabfall durch den Wärmeübergang an der Rohrwandung 9 verringert. Kurz hinter dem nach der Rohrkrümrrtung 5 angeordneten Rohrende des zweiten Rohres 7 ist axial eine Zerstäuberdüse 10 angeordnet, zu 'ler eine Rohrleitung 11 führt und die dabei beide Wandungen 8, 9 der Rohre 4 und 7

4^r> durchstößt

Zu beiden Seiten der Zerstäuberdüse 10, im gekrümmten Rohrteil 5 und am Ende des zweiten Rohres 7, sind Temperaturfühler 12 und 13 angeordnet. Diese messen jeweils die Temperaturen f| und t₂ des an ihnen vorbeiströmenden und durch einen am verjüngten Rohrende 6 angeordneten Lüfter 14 bewegten Gas-Luftstromes bzw. Meßgasvolumens K Der Gas-Luftstrom bzw. das Meßgasvolumen V strömt dabei aus der Kammer 1 zunächst in das gekrümmte Rohrteil 5 mit der Temperatur ij am Temperaturfühler 12 vorbei, zum größeren Teil in das zweite Rohr 7, zum geringeren Teil in den durch den Abstand a der beiden Wände bzw. Wandflächen 8,9 gebildeten Rohrring 15. Dadurch wird mit dem durch den Rohrring 15 strömenden geringen Teil des Gas-Luftstromes bzw. Meßgasvolumens Vdem Temperaturabfall im Bereich der Rohrwandung 9 entgegengewirkt. Während der Gas-Luftstrom bzw. das Meßgasvolumen Vdas zweite Rohr 7 durchströmt, wird ihm über die Rohrleitung 11 und die Zerstäuberdüse 10 eine Flüssigkeits- bzw. Wassermenge W eingesprüht bzw. zugeführt und die dabei völlig verdampft. Die Zufuhr der Flüssigkeits- bzw. Wassermenge wird entweder über eine in der Rohrleitung 11 zwischer.geschaltete Dosierpumpe 16 oder einen Behälter (in der Figur nicht dargestellt) mit einer selbstsaugenden Zerstäuberdüse 10 erzielt. Der Wärmeinhalt des so angereicherten Gas-Luftstromes bzw. Meßgasvolumens V bleibt dadurch zwar nahezu konstant, jedoch ändert sich die Temperatur von t\ in t2. Diese Temperatur h wird durch den am Ende des zweiten Rohres 7 angeordneten Temperaturfühler 13 gemessen. Der Gas-Luftstrom bzw. das Meßgasvolumen Vströmt dann über den Lüfter 14 und der Bohrung 3 wieder in die Kammer 1 zurück.

Der Lüfter kann als Radialventilator ausgebildet sein und das Meßgasvolumen Vdurch das Meßrohr 4 saugen oder blasen. Bei letzteren ist der Lüfter 14 vor dem Meßrohr 4 angeordnet und bläst das Meßgasvolumen V tangential in das Rohr. Ein grobgelochtes Blech bzw. Gitter (in der Figur nicht dargestellt) sorgt dann für gleichmäßige und parallele Strömung des Meßgases V.

Die durch die Temperaturfühler 12 und 13 gemessenen Temperaturen /ι und /2 werden einem in der Figur nicht dargestellten Rechner zugeführt und nach der absoluten Feuchte χ des Gas-Luftstromes nach dem Einsprühen der Flüssigkeit bzw. des Wassers in g/kg ausgewertet. Dabei wird die Erkenntnis ausgenutzt, daß die Enthalpie /2= der Enthalpie i\ ist, für die Bestimmung der absoluten Feuchtigkeit χ wie folgt angewandt bzw. ausgewertet:

Werden

Ί = I₂
gesetzt, so ist

0,24· ί, +.ν, (597+0,44/,)

= 0,24 · z, + .v₂ · (597 + 0,44 · I₂) ■ v₂

V
daraus ist

H- .v, =■ C₁, + .ν,

(eingesetzt)

.ν, -(597 + 0,44· I₁)

^ 0.24 · (J₂ '/,) + (G, + .V₁) · (597 + 0.44 ■ /,).

Nach Auflösung der rechten Seite der Gleichung und Teilen beider Seiten durch 0.24 wird

2501,43 Verdampfungswärme von Dampf bei 0°C (kJ/kg°C)

.Y₁ · 1.833	•<r,	- '2)	(2487.5 + 1.83	+ 1.83·/,) - (/, - /, •'2 I 2) ~ 1.83
woraus	G, ■	= G, ■ 2487.5 1.83	+ r₂ _	0,5454 (kg/kg)
	C₀-	1357 ■ Ί -
und schließlich

-¹---⁷-—-' - 545.4 (g/kg)
Ί — '2

Dabei ist C= =- · 1000 eine variable Konstantere z. B.

V

am Rechner einstellbar ist. Mit der Konstanten lassen sich auch Meßungenauigkeiten ausgleichen, die entstehen, wenn C> 40 g/kg wird.

Es bedeuten:

1.006 spezifische Wärme der Luft (kJ/kg°C)
1,844 spezifische Wärme von überhitztem Wasserdampf (kj/kg° C)

Konstante, die aus der Ableitung resultieren

Temperatur vor dem Zuführen der Flüssigkei bzw. des Wassers (°C)

Temperatur nach dem Zuführen der Flüssigkei bzw. des Wassers (° C)

absolute Feuchte des Gas-Luftstromes bzw Meßgasvolumens vor dem Zuführen der Flüs sigkeit bzw. des Wassers (kg/kg)

absolute Feuchte des Gas-Luftstromes bzw Meßgasvolumens nach dem Zuführen dei Flüssigkeit bzw. des Wassers (kg/kg)

absolute Feuchte des Gas-Luftstromes bzw Meßgasvolumens nach dem Zuführen dei Flüssigkeit bzw. des Wassers (g/kg)

zugeführte Flüssigkeits- bzw. Wassermengf (kg/h)

Meßgasvolumen (kg/h)

^W _t Konstante aus der Relation von =7 (kg/kg)

C = 1000 ■ C₀ variable Konstante (g/kg).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der absoluten Feuchte eines Gases mit einer Temperatur von wesentlich über 100⁰C, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gas Wasser in einer Menge von 0,005 bis 0,04 kg/kg Gas zugeführt und die dadurch hervorgerufene Temperaturerniedrigung gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser in einer Menge von 0,015 bis 0,03 kg/kg Gas zugeführt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch an den Enden (5, 6) eines Meßrohres (4) angeordnete Temperaturmeßfühler (12, 13) und eine zwischen den Temperaturmeßfühlern (12, 13) angeordnete Zerstäuberdüse (10).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb dem Meßrohr (4) ein zweites Rohr (7) angeordnet ist, deren einander gegenüberstehende Wandflächen (8, 9) einen Abstand (a) aufweisen.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberdüse (10) mit einer Dosierpumpe (16) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch eine selbstsaugende Sprühdüse (10).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch einen Lüfter (14) zur Erzeugung eines Gasstromes durch das Meßrohr (4).