DE2920424C2

DE2920424C2 - Corrugated pipe gas cooler

Info

Publication number: DE2920424C2
Application number: DE19792920424
Authority: DE
Inventors: Claus-H. Ing.(Grad.) 3205 Bockenem Philipps
Original assignee: Individual
Current assignee: Desaga GmbH
Priority date: 1979-05-19
Filing date: 1979-05-19
Publication date: 1981-04-02
Also published as: DE2920424B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wellrohr-Gaskühler entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a corrugated pipe gas cooler according to the preamble of claim 1.

Bei Gasprobennehmern, die beispielsweise zur Entnahme gasförmiger Proben bei Immissions- und Emissionsmessungen, bei Untersuchungen der Luftqualität oder bei Untersuchungen von Prozeßgasen und bei Laboratoriumsuntersuchungen eingesetzt werden, muß ein Gasprobenstrom durch eine Pumpe oder dergleichen gefördert und durch verschiedene Untersuchungsstationen geführt werden. Dabei ist es beispielsweise für eine entsprechende Gasanalyse notwendig, daß die geförderte Gasmenge, d. h. der Gasvolumenstrom genau bestimmt wird. Hierfür werden entsprechende Gasmengenzähler, die das Volumen des durchströmenden Gases messen, verwendet. Ebenso ist es auch möglich, statt dessen das Gas in Auffangbehältern zu sammeln und darin das Volumen zu messen. In jedem Fall wird aber bei der Förderung durch die entsprechenden Fördereinrichtungen wie Pumpen und durch Drosselventile und dergleichen das Gas in dem Gasprobennehmer erwärmt oder es gelangt bereits in erwärmtem Zustand in den Gasprobennehmer, so daß die Gasmengenmessung aufgrund der erhöhten Temperatur, die über der Umgebungslemeperatur liegt, nicht exakt ist. Aus diesem Crund muß, um die Gasprobe auf Umgebungsbedingungen ?u konditionieren, das Gas vor der Gasmengenzählung auf Umgebungstemeperatur bo heruntergekühlt werden.In the case of gas samplers, which are used, for example, to take gaseous samples for immission and emission measurements, for examinations of air quality or for examinations of process gases and for laboratory examinations, a gas sample stream must be conveyed by a pump or the like and passed through various examination stations. For a corresponding gas analysis, for example, it is necessary that the amount of gas conveyed, ie the gas volume flow, is precisely determined. Appropriate gas meters, which measure the volume of the gas flowing through, are used for this. It is also possible instead to collect the gas in collecting containers and measure the volume therein. In any case, however, the gas in the gas sampler is heated when conveying through the corresponding conveying devices such as pumps and throttle valves and the like, or it already reaches the gas sampler in a heated state, so that the gas quantity measurement due to the increased temperature, which is above the ambient temperature , is not exact. For this reason, in order to condition the gas sample to ambient conditions? U, the gas must be cooled down to ambient temperature bo before the gas quantity counting.

Es ist bereits bekannt, zu diesem Zweck beispielsweise aus Kupferrohr bestehende Kühlschlangen zu verwenden, die das Probengas vor der Gasmengenzählung durchströmt. Derartige Kühlschlangen sind aber *>■> nicht nur relativ aufwendig, sie benötigen vor allen Dingen einen großen Platzbedarf, der in möglichst kompakt gebauten, portablen Gasprobennehmern nicht ohne weiteres zur Verfügung steht Außerdem ist es bei der Verwendung solcher Kühlschlangen leicht möglich, daß diese aufgrund ihres großen Platzbedarfs auch Bereiche des Gasprobennehmers durchlaufen, die aufgrund der elektrischen Einrichtungen oder sonstiger Wärmequellen des Gasprobennehmers eine erhöhte Temperatur aufweisen. Dabei kann dann der gewünschte Kühleffekt nicht voll erreicht werden, so daß die Gasmengenmessung wiederum nicht exakt ist.It is already known to close cooling coils made of copper pipe, for example, for this purpose that the sample gas flows through before the gas quantity counting. Such cooling coils are *> ■> not only relatively complex, they also require a large amount of space, which is as large as possible compact, portable gas samplers are not readily available the use of such cooling coils easily possible that these also due to their large space requirements Pass through areas of the gas sampler that are due to the electrical equipment or other Heat sources of the gas sampler have an increased temperature. The desired Cooling effect cannot be fully achieved, so that the gas quantity measurement is again not exact.

Ein verbesserter, bekannter Gaskühler, der diesen Nachteil beseitigt, besteht aus einem Kupfer-Wellrohr, an dessen einer Stirnfläche ein Einlaßstutzen und an dessen anderer Stirnfläche ein Auslaßstutzen angebracht ist. Hierbei überstreicht der Probengasstrom somit die gewellte Innenfläche des Wellrohres und paßt sich dabei der äußeren Umgebungstemperatur des Wellrohres an. Da dieses Wellrohr im Vergleich zu den bekannten Kühlschlangen relativ kompakt ist, kann es an einem solchen Ort innerhalb eines Gasprobennehmergerätes untergebracht sein, der nur normale Umgebungstemperatur aufweist und nicht durch irgendwelche Energiequellen zusätzlich erwärmt worden ist.An improved, well-known gas cooler that eliminates this disadvantage consists of a corrugated copper pipe, an inlet connection piece is attached to one of its end faces and an outlet connection piece is attached to its other end face is. In doing so, the sample gas flow sweeps over the corrugated inner surface of the corrugated pipe and fits depends on the external ambient temperature of the corrugated pipe. Since this corrugated pipe compared to the known cooling coils is relatively compact, it can be in such a place within a gas sampler be housed, which has only normal ambient temperature and not by any Energy sources has been additionally heated.

Aber auch bei diesem Wellrohr umfassenden Gaskühler tritt, wenn aufgrund hoher Drosselung des Probengases oder hoher Förderleistung der entsprechenden Förderpumpe das Gas stärker erwärmt ist, nicht immer eine vollständige Abkühlung auf die gewünscht* Umgebungstemperatur ein. Vor allem hat sich bei praktischen Versuchen gezeigt, daß die Wirkung eines solchen Gaskühlers stark von den unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten und somit von dem Verhältnis von Gasprobenmenge zu der durch den Einlaßstutzen gegebenen Düsenöffnung abhängt. Der Grund dafür wird darin gesehen, daß abhängig von der Einströmgeschwindigkeit des Gases in den Gaskühler dort ganz unterschiedliche Strömungsverhältnisse ausgebildet werden, das Gas also mehr oder weniger verwirbelt wird und somit in mehr oder weniger großen und langen Kontakt mit der Innenfläche des Wellrohres kommt bzw. mehr oder weniger stark seine Temperatur gleichmäßig an das Wellrohr abgibt. Da die üblichen Gasprobennehmergeräte aber so eingerichtet sind, daß sie mit unterschiedlichen Förderleistungen betreibbar sind, führt auch dieser Wellrohr-Gaskühler nicht dazu, daß bei allen Einsatzbzw. Benutzungsbedingungen der Gasprobenstrom tatsächlich vor der Gasmengenzählung auf Umgebungstemperatur gebracht wird.But even with this corrugated pipe comprehensive gas cooler occurs when due to high throttling of the Sample gas or high delivery rate of the corresponding delivery pump, the gas is more heated, not always a complete cooling down to the desired * ambient temperature. Most of all has it has been shown in practical tests that the effect of such a gas cooler greatly depends on the different flow velocities and thus on the ratio of the amount of gas sample to the depends on the nozzle opening given through the inlet port. The reason for this is seen in that depending on the inflow velocity of the gas into the gas cooler, there are very different flow conditions be formed, so the gas is more or less swirled and thus in more or less large and long contact with the inner surface of the corrugated pipe comes or more or less strongly transfers its temperature evenly to the corrugated pipe. As the usual gas sampling devices but are set up so that they can be operated with different funding rates, this also leads Corrugated pipe gas cooler does not mean that with all use or. Conditions of use of the gas sample stream is actually brought to ambient temperature before the gas quantity counting.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen solchen Wellrohr-Gaskühler derart zu verbessern daß er ohne Volumenvergrößerung auch bei unterschiedlichen Gasvolumenströmen eine zuverlässigere Abkühlung auf die Umgebungstemperatur erbringt, ohne dabei den Probengasstrom zwangsweise in eine Vielzahl von Einzelströme aufzuteilen und an extrem vergrößerten Oberflächen bzw. durch enge und lange Strömungskanäle zu führen, was bei bestimmten Gaszusammensetzungen zur Beeinträchtigung des Gases bzw. zu Abscheidungen und dergleichen führen könnte.It is the object of the present invention to improve such a corrugated tube gas cooler in such a way that it provides more reliable cooling without increasing the volume, even with different gas volume flows to the ambient temperature without thereby forcing the sample gas flow into a large number of Split individual flows and on extremely enlarged surfaces or through narrow and long flow channels to lead, which in certain gas compositions to the impairment of the gas or to Could lead to deposits and the like.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs genannten Wellrohr-Gaskühler erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß koaxial innerhalb des Wellrohres eine einseitig, an dem auf den Auslaßstutzen zuweisenden Ende geschlossenes Leitrohr angeordnet ist, in dessen entgegengesetztes, offenes Ende der Einlaßstut-/en hineinragt und das einen Strömungsweg zwischen seinem Außenumfang und der Innenfläche des Wellrohres begrenzt.Based on the initially mentioned corrugated pipe gas cooler, this object is achieved according to the invention achieved that coaxially inside the corrugated pipe a one-sided, on the one facing the outlet nozzle End closed guide tube is arranged, in the opposite, open end of the inlet tube / s protrudes and a flow path between its outer circumference and the inner surface of the corrugated pipe limited.

Praktische Versuche haben gezeigt, daß durch einfachen Einbau eines solchen Leitrohres in den Wellrohr-Gaskühler auch bei unterschiedlichsten Arbeitsbedingungen des Gasprobennehmers das Probengas auf eine sehr gleichmäßige End-Umgebungstemperaiur abgekühlt wurde, ohne daß dabfi das Wellrohr verlängert zu werden brauchte und das Probengas in seiner Zusammensetzung und Konsistenz schädlich beeinflußt wurde. Bei dieser neuartigen Gaskühlerausbildung strömt das Gas durch den Einlaßstutzen in das Innere des Leitrohres, verwirbelt sich dort ständig und gibt bereits einen Teil seiner Wärmeenergie an dieses Leitrohr ab und wird dann im Rückstau aus dem offenen Ende des Leitrohres wieder herausgedrückt, von wo aus es dann in dem Zwischenraum zwischen Leitrohr und Wellrohr an der Innenwandung des Wellrohres entlangstreicht und dort seine Wärmeenergie soweit an die Umgebung abgibt, daß bei Erreichen des Auslaßstutzens die Umgebungstemperatur sicher und konstant erreicht ist. Es erfolgt durch diese Ausbildung eine innige Durchmischung des Gases, wobei das Gas in turbulenter Weise die Flächen des Leitrohres und des Wellrohres berührt, so daß immer andere Probengasmoleküle in guter Durchmischung ihre Energie an das Wellrohr abgeben. Diese Verwirbelung und Energieabgäbe erfolgt dabei ohne eine große Vielzahl von Prallflächen, engen Öffnungen, wie sie durch eingebrachtes Fasermaterial und dergleichen entstehen wurden, und ohne entsprechend übermäßige Vergrößerung der inneren Oberflächen, die zu Ablagerungen, chemischen Reaktionen und dergleichen führen kö; nten. Practical tests have shown that by simply installing such a guide tube in the Corrugated tube gas cooler, even with the most varied of working conditions of the gas sampler, the sample gas was cooled to a very uniform final ambient temperature without dabfi the corrugated pipe needs to be extended and the sample gas is harmful in its composition and consistency was influenced. With this new type of gas cooler design, the gas flows through the inlet port into the Inside of the guide tube, there is constantly swirling and already gives some of its heat energy to it Guide tube off and is then pushed out of the open end of the guide tube in the backwater, from where it then in the space between the guide tube and the corrugated tube on the inner wall of the corrugated tube strokes along and there releases its heat energy to the environment to such an extent that when it reaches the outlet connection the ambient temperature has been reached safely and constantly. Through this training one takes place intimate mixing of the gas, the gas in a turbulent manner the surfaces of the guide tube and the Corrugated pipe so that other sample gas molecules are always well mixed with their energy to the Deliver corrugated pipe. This turbulence and energy release takes place without a large number of Impact surfaces, narrow openings, such as those created by introduced fiber material and the like and without correspondingly excessive enlargement of the internal surfaces leading to deposits, chemical reactions and the like can lead; nth.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das Leitrohr aus einem gut wärmeleitendem Material besteht und über gut wärmeleitende Stege mit ^5 dem Wellrohr verbunden ist. Zweckmäßigerweise bestehen dabei Wellrohr und Leitrohr aus einer Kupferlegierung. Hierdurch wird erreicht, daß die bereits an die Hülse abgegebene Wärme direkt auf das Wellrohr übertragen und somit an die Umgebung *o abgegeben wird. Die Kühlwirkung wird durch solche in geeigneter Weise und an beliebigen Stellen vorsehbare Stege noch vergrößert.An advantageous development of the invention provides that the guide tube consists of a highly thermally conductive Material and with good heat-conducting webs with ^ 5 is connected to the corrugated pipe. Conveniently, the corrugated tube and guide tube consist of one Copper alloy. This ensures that the heat already given off to the sleeve directly on the Corrugated pipe transferred and thus given off to the environment * o. The cooling effect is enhanced by those in appropriately and at any point foreseeable webs enlarged.

Außerdem ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß das Wellrohr auf seiner Außenfläche geschwärzt ist. Hierdurch wird eine noch bessere Wärmeabgabe des Wellrohrs an die Umgebung erreicht, da eine solche schwarze Außenfläche des Wellrohrs die Wärmestrahlungsabgabe erheblich erhöht.In addition, it is expediently provided that the corrugated pipe is blackened on its outer surface. As a result, an even better heat dissipation from the corrugated pipe to the environment is achieved, as such The black outer surface of the corrugated pipe significantly increases the radiation of heat.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeich- ^o nung in einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Dabei zeigt die Zeichnung einen schematisch dargestellten Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Wellrohr-Gaskühler.The invention is explained below with reference to the drawing ^ o tion described in more detail in an exemplary embodiment. The drawing shows a schematically represented Longitudinal section through a corrugated pipe gas cooler designed according to the invention.

Dieser Gaskühler umfaßt ein Wellrohr 1 aus Kupfer, das an seinen Stirnflächen 2 und 3 mit entsprechenden Kreisringscheiben verschlossen ist. In diese Kreisringscheiben sind dabei an der Stirnfläche 2 ein Einlaßstutzen 4 und an der Stirnfläche 3 ein Auslaßstutzen 5 eingelassen. Diese sind so ausgebildet, daß sie an entsprechende Gasführungsleitungen /ur Verbindung des Gaskühlers beispielsweise einerseits mit einer Pumpe und andererseits mit einem Gasmengenzähler angeschlossen werden können.This gas cooler comprises a corrugated tube 1 made of copper, which at its end faces 2 and 3 with corresponding Annular disks is closed. In this circular ring disks there are an inlet port on the end face 2 4 and an outlet connection 5 let into the end face 3. These are designed so that they can corresponding gas ducts / ur connection of the gas cooler, for example, on the one hand with a Pump and, on the other hand, a gas meter can be connected.

Bevor das Wellrohr 1 an seinen Stirnflächen 2 und 3 verschlossen wird, wird ein Leitrohr 6 eingesetzt, das ebenfalls vorteilhafterweise aus Kupfer oder einem anderen gut wärmeleitenden Material besteht. Dieses Leitrohr 6 ist an der Seite der Stirnfläche 3 geschlossen, während an der Seite der Stirnfläche 2 der Einlaßstutzen 4 in sie hineinragt. An dieser Seite kann das Leitrohr 6 vollständig offen oder auch mittels einer durchbrochenen Ringscheibe verschlossen sein. Zur etwa mittigen Lagerung des Leitrohres 6 kann dieses durch geeignete Mittel im Abstand von den !nnenwandungen des Wellrohres 1 gehalten werden. Dies kann beispielsweise durch Stege 7 geschehen, die die Außenwand des Leitrohres 6 mit der Innenwandung des Wellrohres 1 verbinden und vorzugsweise ebenfalls aus einem gut wärmeleitenden Material bestehen.Before the corrugated tube 1 is closed at its end faces 2 and 3, a guide tube 6 is used, which also advantageously consists of copper or another material with good thermal conductivity. This Guide tube 6 is closed on the side of the end face 3, while the inlet port on the side of the end face 2 4 protrudes into it. On this side, the guide tube 6 can be completely open or by means of a perforated one Be closed ring disk. For approximately central storage of the guide tube 6 this can be done by suitable Means are kept at a distance from the inner walls of the corrugated pipe 1. This can for example done by webs 7, which the outer wall of the guide tube 6 with the inner wall of the corrugated tube 1 connect and preferably also consist of a highly thermally conductive material.

Wird in diesen Wellrohr-Gaskühler durch den Einlaßstutzen 4 Gas hineingefördert, so staut sich der Gasstrom aufgrund des verschlossenen Endes des Leitrohres 6 und es entsteht eine zum einströmenden Gas entgegengerichtete Gegenströmung, wie sie durch die dünnen Pfeile angedeutet ist. Dabei tritt eine kräftige Verwirbelung des Gases auf. die sowohl bei langsamer als auch bei schneller Gasströmung einsetzt. Aufgrund dieser Verwirbelung werden sonst gegebenenfalls bei entsprechend niedrigen Gasgeschwindigkeiten mögliche laminare Strömungsbilder verhindert und die Verwirbelungen bewirken, daß bereits innerhalb des Leitrohres 6 alle Gasmoleküle im wesentlichen gleichmäßig bereits ihre Wärmeenergie an das Leitrohr abgeben können, die von dort aus über die Stege 7 an das Wellrohr 1 und von dort an die Umgebung abgegeben v/erden kann.If gas is fed into this corrugated pipe gas cooler through the inlet port 4, it accumulates Gas flow due to the closed end of the guide tube 6 and there is an inflowing Gas counterflow in the opposite direction, as indicated by the thin arrows. Thereby occurs a strong turbulence of the gas. which starts with both slow and fast gas flow. Because of this turbulence, the gas velocities may otherwise be correspondingly low possible laminar flow patterns prevented and the turbulence cause that already within of the guide tube 6 all gas molecules essentially evenly transfer their heat energy to the guide tube can deliver from there via the webs 7 to the corrugated pipe 1 and from there to the environment can be delivered.

Aus dem Leitrohr 6 tritt die Gegenströmung des Gases dann an der Seite der Stirnfläche 2 wieder aus und durchströmt den relativ engen Zwischenraum zwischen Leitrohr 6 und Wellrohr 1. Auch hier ist die Strömung des weiteren relativ turbulent, so daß die Gasmoleküle direkt gegen die große, gewellte Innenfläche des Wellrohres 1 stoßen und dort in gleichmäßiger Weise ihre Wärmeenergie abgeben, so daß der Gasstrom beim Austreten durch den Auslaßstutzen 5 eine der Umgebungstemperatur des Weilrohres 1 angepaßte Temperatur besitzt. Aufgrund der speziellen, stark wirbeligen Gasführung innerhalb des Gaskühlers erfolgt dabei eine über den ganzen Querschnitt gleichmäßige Abkühlung der Gasmoleküle im wesentlichen unabhängig von der Einströmgeschwndigkeit des Gases durch den Einlaßstutzen 4. Zur besseren Wärmeabführung von dem Wellrohr 1 ist dieses an seiner Außenseite geschwärzt, so daß dort außer einer kräftigen Wärmekonvektion auch eine größtmögliche Wärmestrahlung die Wärmeenergie des Gases ableitet.The counterflow of the gas then emerges from the guide tube 6 on the side of the end face 2 and flows through the relatively narrow space between guide tube 6 and corrugated tube 1. Here, too, is the The flow is also relatively turbulent, so that the gas molecules directly against the large, corrugated inner surface of the corrugated pipe 1 and there give off their heat energy in a uniform manner, so that the The gas flow when exiting through the outlet connection 5 is at one of the ambient temperature of the hollow pipe 1 has adapted temperature. Due to the special, highly turbulent gas flow inside the gas cooler the gas molecules are essentially evenly cooled over the entire cross-section regardless of the inflow speed of the gas through the inlet port 4. For better Heat dissipation from the corrugated pipe 1 this is blackened on its outside, so that there except one strong heat convection, the greatest possible heat radiation that dissipates the heat energy of the gas.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Corrugated pipe gas cooler made of a material that conducts heat well, with one on one end face arranged inlet port and an outlet port arranged on its other end face, as Gas cooler for gas flowing through, especially for cooling a gas flow to ambient temperature in front of a gas meter of a gas sampler, characterized in that, that coaxially inside the corrugated pipe (1) a one-sided, on which on the outlet nozzle (3) facing end closed guide tube (6) is arranged, in the opposite, open End of the inlet port (4) protrudes and a flow path between its outer circumference and the inner surface of the corrugated pipe (1) limited.

2. Corrugated pipe gas cooler according to claim 1, characterized in that the guide tube (6) consists of a material that conducts heat well and is connected to the corrugated pipe via webs (7) that conduct heat well (1) is connected.

3. Corrugated pipe gas cooler according to claim 1 or 2, characterized in that the corrugated pipe (1) and the guide tube (6) are made of a copper alloy.

4. Corrugated pipe gas cooler according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the Corrugated pipe (1) is blackened on its outer surface.

JOJO