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Überdruck-Verbrennungskammer für Flammenphotometer Die vorliegende
Erfindung bezieht sich allgemein auf Flammenphotometer und richtet sich insbesondere
auf ein Verfahren, Methode und eine Vorrichtung zur Kontrolle der Verbrennungsflamme
äußere Umweltbedingungen.
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In der US-PS 3 791 743 ist ein tragbares Flammenphotometer beschrieben,
in dem die Größe der Flamme durch die Kontrolle der Zufuhr von Propangas einer Aerosolprobe
eines unbekannten Materials und von Luft zum Flammenbrenner kontrolliert wird. Jedoch
ist die Verbrennungskammer, in der der Flasenbrenner untergebracht
ist,
direkt mit der die Kammer umgebenden Außenluft durch einen Kamin verbunden. Daher
können Veränderungen in den atmosphärischen Bedingungen die Größe oder Intensität
der Flamme nachteilig beeinflussen. Insbesondere können, wenn das Flammenphotometer
im Freien benützt wird, plötzliche Druckänderungen, Windböen oder Luftzug die Größe
und/oder Intensität der Flamme verändern oder sie in extremen Fällen sogar löschen.
Solche Veränderungen an der Flamme können ungenaue Ablesungen der charakteristischen
Materialeigenschaften der zu messenden Materialprobe verursachen. So kann zum Beispiel
die Abweichung vom genauen Wert etwa 20 % betragen. Im Extremfall, wenn die Flamme
ausgeblasen wird, sind überhaupt keine Ablesungen für die vorgegebene Materialprobe
möglich.
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Dementsprechend ist es bei der Benützung eines Flammenphotometers
vorteilhaft, eine konstante Flammenböhe zur Verfügung zu haben, um genaue Ablesungen
der Materialeigenschaften der Probe zu erhalten. Flammenveränderungen können jedoch
nicht nur durch die Kontrolle des Gasdrucks am Brenner allein verhindert werden,
da dies nicht die Veränderungen der äußeren Umgebungsverhältnisse ausgleicht.
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Außerdem weist die Vorrichtung nach der US-PS 3 791 743 einen ungeschützten
Kamin mit einer einzigen Wand auf.
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Da die Vorrichtung tragbar ist und von Personen bedient wird, stellt
der heiße Kamin eine Verbrennungsgefahr für die Bedienungskraft dar.
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Um diese und andere Mangel des Standes der Technik zu beseitigen,
weist die Vorrichtung nach der Erfindung eine Verbrennungskamer mit einem Brenner
und einem
von der Kammer ausgehenden Kamin auf, der von einem vollständig
abgeschlossenen Schacht umgeben ist, der unter Überdruck gehalten ist und mit der
Verbrennungskammer in Verbindung steht. Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird
die unter Überdruck gehaltene, in den den Kamin umgebenden Raum strömende Luft in
die Verbrennungskammer eingeleitet und durch den Kamin ausgestoßen, wobei ein vorteilhafter
positiver Umgebungsdruck aufrechterhalten wird, der die konstante Flammengröße unterstützt.
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Die Erzeugung des Überdrucks in dem den Kamin umgebenden Raum wird
bei einer Ausführungsform durch ein Gebläse gewährleistet, das mit dem Kaminraum
durch eine Öffnung in einer äußeren Wand in Verbindung steht, durch die die Außenluft
eingesaugt wird. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist auch eine Faseroptik
durch eine Außenwand geführt und optisch mit der Verbrennungskammer verbunden, so
daß Licht von der durch die Flamme aktivierten Materialprobe aus der Verbrennungskammer
auf Detektor- und Analysatorkreise übertragen werden kann. Die Verwendung einer
solchen Faseroptik erfordert keine offene Beobachtungsöffnung in der äußeren Wand
und gestattet eine bessere Kontrolle der Atmosphäre in der Verbrennungskammer, wodurch
eine bessere KOntrolle der Flammengröße und genauere Ablesungen ermöglicht werden.
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Die Einführung von Druckluft in die Verbrennungskammer hat zur Folge,
daß eine zur Aufrechterhaltung einer konstanten Flammengröße günstige Umgebung geschaffen
wird und daß genauere und miteinander Ubereinstimmendere Ablesungen erhalten werden.
Ein besonderes Merkmal
ist die Berührungsisolierung der Kaminwand.
Ein weiterer Vorteil ist die Kühlung des Kamins durch die ihn durchsetzende Luft
und das Arbeiten der Flamme mit höherem Wirkungsgrad, weil sie mit vorgeheizter
Luft versorgt wird.
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Weitere Vorteile, Eigenschaften und Ziele der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung. Die Zeichnungen zeigen
in Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch ein Photometer nach der Erfindung und in
Fig. 2 einen Schnitt durch das Photometer längs der Linie II-II der Fig. 1.
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Ein tragbares Flammenphotometer mit einer Sonde zur Probeentnahme
für ein Spektraanalytisches Gerät ist in der US-PS 3 791 743 beschrieben. Die Zeichnungen
zeigen Schnitte durch einen solchen Flammenphotometer mit Kamin und Brennvorrichtung
in der Ausbildung nach der Erfindung.
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Ein Brenner 10 weist eine Luftzufuhr 11, eine Probegaszufuhr 12 und
eine Kraftstoffzufuhr 13 auf. Der Brenner 10 ist auf einem Boden 43 mittels eines
Befestigungsflansches 43' befestigt. Das Probegas ist beim AusfUhrungsbeispiel ein
Aerosol des zu analysierenden Materials und wird durch einen Lichtbogenkreis unter
Verwendung einer Sonde unde>ines Kontrollsteuerkreises erzeugt. wie er in der
parallel laufenden Patentanmeldung
mit dem Titel "Lichtbogensteuerkreis" beschrieben ist.
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Ein typischer Brennstoff für die Flamme ist Propangas,
das
aus einer Druckflasche und über ein herkömmliches Druckregelventil geliefert wird.
Die Materialien aus diesen drei Einlassöffnungen werden gemischt und in einer den
Brenner 10 umgebenden und von der zylindrischen Wand 26 begrenzten Verbrennungskammer
14 verbrannt. Ein handelsüblicher Zünder 40 ist in der Nähe des oberen Teiles des
Brenners 10 angebracht und liefert einen Zündfunken zum Zünder der Flamme.
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Die Verbrennung wird durch eine Faseroptik 15 beobachtet, die sich
durch eine äußere Wand 21b erstreckt. Eine Öffnung 15' in der Wand 26 dient zur
Lichtleitung von der Flamme zur Faseroptik 15. Die Faseroptik 15 leitet das von
der Flamme emittierte Licht auf einen optischen Anzeigekreis, der mit Anzeigevorrichtungen
zur Analyse der festgestellten Signale und Anzeige der Ergebnisinfo rmati onen versehen
ist.
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So kann das System z.B. dazu verwendet werden, den prozentualen Mangangehalt
einer Stahlprobe zu bestimmen.
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Rauch- und Gasrückstände bei der Verbrennung werden durch einen sich
senkrecht erstreckenden zylindrischen Kamin 16 abgeführt, der über der Verbrennungskammer
14 angeordnet ist und mit ihr in Verbindung steht. Dementsprechend existiert eine
gut gerichtete Strömung der Verbrennungsrückstände durch den Kamin.
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Der Kamin 16 ist von einer zylindrischen Wand 19 begrenzt, die sich
von dem Stützboden 43 aus durch und etwas über die obere Wand 42 des Photometergehäuses
erstreckt. Der Kamin ist zwischen den Elementen 42 und 43 durch Nahtschweißung der
Verbindung des Kamins mit ihnen gelagert, um zu einer abgedichteten mechanischen
Verbindung zu kommen. Der Kamin 16 weist innere,
alternierende Prallbleche
17 und 18 auf, die verhindern, daß Menschen oder Ausrüstung unmittelbar den Verbrennungsflammen
ausgesetzt sind. Die Prallbleche 17 und 18 verhindern auch das Eindringen von Außenlicht
in die Verbrennungskammer und das Entstehen eines Lichtausgangsfehlers. Ein typisches
Merkmal für die Bauteile des Kamingehäuses ist Stahl.
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Der Kamin 16 wird von einem Luftraum 20 umgeben, der von äußeren Wänden
21a-21d begrenzt ist, die den Kamin auf allen Seiten umgeben und sich vom Boden
49 des Photogehäuses bis zu seiner Decke 42 erstrecken. Die Verbindungen der Wände
21a-21d mit Boden 45 und mit der Decke 42 sind dicht. Die Faseroptik 15 verläuft
durch die Wand 21b und ist von einem abgedichteten Stecker 45 umgeben, der seinerseits
teilweise von einem abgedichteten Stecker 44 umschlossen ist.
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Die Faseroptik endet im Inneren des Steckers 45. Der Stecker 44 erstreckt
sich durch die Kaminwand 19 in den Luftraum 20. Der Stecker 45 erstreckt sich durch
die äußere Wand 21 und ist mit dem Stecker 44 verbunden. Ein typisches Material
für Stecker 44 und 45 ist ein hitzebeständiges Kunststoffmaterial.
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Der Boden 43 weist eine Vielzahl von Öffnungen 48 auf, die eine Luftverbindung
zwischen dem Raum 20 und einem zweiten Luftraum 22 herstellen, der seitwärts einen
Bodenteil des Brenners 10 umgibt und von den Boden 43 und 49 und Seitenwänden 21a-21d
begrenzt wird. Ein dritter Luftraum umgibt die Verbrennungskammer 14 an der Seite
und weist einen Boden 46 und eine Decke 47 auf. Die Decke 47 ist ein ringförmiges
Element, das fest mit dem äußeren Rand des offenen Endes der Verbrennungskammer
14
in Verbindung steht und fest mit der Innenseite der Kaminwand 19, am besten durch
Nahtschweißung, verbunden ist. Die Öffnungen 46' im Boden 46 verbinden den Luftraum
23 mit dem Luftraum 22. Die Öffnungen 25 in der Wand 26 der Verbrennungskammer verbinden
ihrerseits den Luftraum 23 mit der Verbrennungskammer 14. Folglich ist der Luftraum
20 mit der Verbrennungskammer 14 verbunden, wie es die Markierungen 24 für den Luftstromweg
andeuten.
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Um den Raum 20 und somit auch die Verbrennungskammer unter Überdruck
zu setzen, ist ein Gebläse 50 an der äußeren Wand 21d montiert, wie in Fig. 2 zeigt.
Das Gebläse weist Schaufeln 52 auf, die mit einem zentral angebrachten Rotor eines
Antriebsmotors 54 verbunden sind. Der Motor 54 wird von einer Konsole 56 getragen,
die die innere Oberfläche eines zylindrischen Einlaßgehäuses 58 überbrückt und mit
ihr verbunden ist. Das Gehäuse 58 weist ein Luf-teintrittsoffnungsende 57, das m;lt
der Umgebungsatmosphäre in Verbindung steht, und eine Austrittsöffnung auf, die
mit dem Raum 20 in Verbindung steht. Gegebenenfalls kann ein passender Filter (nicht
gezeigt) in das Gehäuse eingesetzt werden.
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Im Betrieb wird bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
die Luft in den Räumen 20, 22 und 23 durch das Gebläse 50 komprimiert und strömt
damit unter Druck.
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Folglich strömt die derart unter Druck gesetzte Luft durch die Öffnungen
48, 46 und 25 in die Verbrennungskammer, wie es durch die Pfeile 24 angedeutet ist.
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Weil ein konstanter Strom der unter Druck stehenden Luft in der Verbrennungskammer
14 aufrechterhalten wird,
wird die Flamme überwacht, sodaß sie ungeachtet
der Außenbedingungen eine konstante Größe aufweist. In ähnlicher Weise bleibt die
durch die Flamme erzeugte und die gasförmige Materialprobe absaugende Venturistrmung
gleichfalls konstant und zwar ebenfalls ungeachtet der Außenbedingungen. Außerdem
wird der Kamin durch die Schaffung eines Luftraumes 20 rund um die Kaminwand 19
und das Hindurchpressen der Luft durch den Luftraum, gekühlt, während die Luft,
mit der die Verbrennungskammer versorgt wird, vorgeheizt wird. Ein unfallträchtiges
Berühren des Kamins ist nicht mehr möglich, da er von einer Außenwand 21 umgeben
ist.
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Es ist selbstverständlich, daß im Rahmen der Erfindung verschiedene
Ausführungsformen und Abänderungen vorgenommen werden können. So kann z.B. die Verbrennungskammer
von nur einem einzigen Raum umgeben sein, der gleichzeitig den Kamin umgibt und
so eine zweifache Funktion ausübt, nämlich das Kühlen des Kamins und das Unterdrucksetzen
der Verbrennungskammer. Außerdem kann die Form der Drucklufträume an das Design
des Photometers angepasst werden.
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Patentansprüche: