DE2950744B1

DE2950744B1 - Vorrichtung zum Entnehmen einer heissen Gasprobe aus einer Kammer und zum Zufuehren der Probe zu einem Analysenmessgeraet

Info

Publication number: DE2950744B1
Application number: DE2950744A
Authority: DE
Inventors: Tibor 3000 Hannover Bernath
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-12-17
Filing date: 1979-12-17
Publication date: 1981-05-21
Also published as: DE2950744C2; US4342234A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entnehmen einer heißen Gasprobe aus einer Kammer und zum Zuführen der Probe zu einem Analysenmeßgerät, insbesondere zur Überwachung des in der Kammerluft vornandenen Gehalts an organischen Lösungsmitteln oder dergleichen Stoffen, die bei Erreichen einer bestimmten Konzentration explosionsgefährlich oder sonstwie schädlich sind, mit einer Entnahmesonde, die durch eine Kammerwandöffnung in die Kammer einführbar ist und außerhalb der Kammer mit dem Analysenmeßgerät verbunden ist, das einen Gasfilter und einen Detektor aufweist, wobei eine Saugpumpe zum Ansaugen der Probe durch die Sonde zum

ίο Analysenmeßgerät und in Strömungsrichtung vor dem Analysenmeßgerät ein Heizmantel vorgesehen sind.

Eine derartige Vorrichtung ist bereits bekannt. Dabei ist das außerhalb der Kammer befindliche hintere Sondenende über eine flexible Leitung mit dem Analysenmeßgerät verbunden, das mindestens 5 bis zu 30 m entfernt von der Stelle angeordnet ist, an der die Entnahmesonde durch die Kammerwand geführt ist. Dabei umgibt der Heizmantel den Verbindungsschlauch zwischen der Sonde und dem Analysenmeßgerät.

Bei dieser bekannten Ausbildung ist es von Nachteil, daß trotz des Heizmantels eine Abkühlung der Gasprobe auf dem Wege von der Kammer zum Analysenmeßgerät nicht verhindert werden kann, so daß aus der Probe solche Stoffe kondensieren, mit

2> denen die Luft in der Kammer gesättigt oder nahezu gesättigt ist. Diese vor dem Erreichen des Analysenmeßgeräts erfolgende Kondensation führt dazu, daß die Meßergebnisse nicht mit den tatsächlichen Verhältnissen in der Kammer übereinstimmen, so daß gegebenen-

iü falls eine bestehende Explosionsgefahr nicht registriert und damit berücksichtigt wird. Ferner kann die Kondensatabscheidung sogar zu einem Verstopfen des Strömungsquerschnitts für die Gasprobe führen, so daß die Messungen ganz ausfallen. Diesen Gefahren kann

so der Heizmantel, mit dem die Verbindungsleitung versehen ist, nur in begrenztem Maße entgegenwirken. Bereits im Bereich der Kammerwanddurchführung findet eine erste Temperatursenkung der Gasprobe statt. Insbesondere aber bilden die Verschraubungen zum Anschluß der Verbindungsleitung einerseits an die Entnahmesonde und andererseits an das Analysenmeßgerät kalte Stellen, an denen eine erhöhte Kondensationsgefahr besteht. Das gilt insbesondere, wenn die Temperatur in der Kammer und damit der Gasprobe hoch ist und 250⁰C oder mehr beträgt, wobei ein Temperaturabfall an den kalten Stellen um etwa 80⁰C festgestellt wurde. Unter solchen Verhältnissen ist mit einer starken Kondensation von hochsiedenden Komponenten aus der Probe zu rechnen.

■>() Ein weiterer Nachteil der bekannten Ausbildung liegt in der zeitlichen Verzögerung, mit der das Analysenmeßgerät in der Kammer auftretende Konzentrationsänderungen registriert. Bei einem üblichen Durchsatz der Saugpumpe von 3 l/min und einem Innendurchmes-

5^r) ser der Verbindungsleitung zwischen der Entnahmesonde und dem Analysenmeßgerät von 4 mm ergibt sich eine Retentionszeit von etwa 2,4 sec.'m Verbindungsleitung. Ist die Verbindungsleitung beispielsweise 15 m lang, so ergibt sich daraus bereits eine Meßverzögerung von 36 see, was im Rahmen der Überwachung eines explosionsgefährdeten Prozesses, der sich innerhalb der Kammer abspielt, nicht akzeptiert werden kann.

Es ist bereits bekannt, eine Sonde zum Entnehmen einer Gasprobe über eine kurze flexible Schlauchleitung mit einem Analysegerät zu verbinden, wobei die flexible Schlauchleitung dazu dient, Verlagerungen des in die vom zu überprüfenden Gas durchströmte Kammer reichenden Sondenendes zu ermöglichen, um die

ORIGINAL INSPECTED

Gasprobe an über den Kammerquerschnitt verteilten Punkten anzusaugen, wozu die innerhalb der Kammer abgewinkelte Sonde innerhalb eines Winkelbereichs hin- und hergeschwenkt wird und auch axial verschoben werden kann (US-PS 26 48 976). Hier handelt es sich , jedoch um die Analyse von Rauchgasen, wobei weder der Sonde, noch der flexiblen Schlauchleitung noch dem Analysegerät Heizeinrichtungen oder Isolierungen zugeordnet sind. Daher tritt auch hier trotz der geringeren Entfernung des Analysegerätes zur Kammer eine starke Abkühlung der entnommenen Gasprobe auf, so daß bei einer entsprechenden Zusammensetzung der Gasprobe ebenfalls mit Kondensationen und dementsprechend falschen Meßergebnissen zu rechnen ist.

Es ist ferner bekannt, bei der Abgasprüfung von r> Verbrennungsmotoren eine Gasprobe mittels einer in die Abgasleitung geführten Sonde zu entnehmen, wobei die Sonde an einen aufblasbaren Sammelsack für die Probe angeschlossen ist, der in einer Umhüllung angeordnet ist, wobei der Sonde und der Umhüllung _>o getrennte Heizeinrichtungen zugeordnet sind (US-PS 37 93 887). Diese bekannte Vorrichtung dient jedoch nur der Gewinnung einer Gasprobe über eine längere Laufzeit des Motors, die den tatsächlichen Verhältnissen entsprechen soll, wobei mittels einer Pumpe ein Rückdruck im Sammelsack aufrechterhalten werden soll, der dem Rückdruck am Austritt des Auspuffs entspricht. Dementsprechend ist in der beheizten Umhüllung kein Analysenmeßgerät angeordnet, vielmehr erfolgt die Bestimmung der Abgasprobe nach m Beendigung der sich über einen größeren Zeitraum erstreckenden Probenentnahmt außerhalb der beheizten Umhüllung, so daß auch hier Kondensationen und falsche Meßwerte auftreten, falls sich Dämpfe in der entnommenen Gasprobe befinden. Im übrigen sind der i> Entnahmesonde und der beheizten Umhüllung keine Isolierungen zugeordnet.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß auch unter ungünstigen Bedin- w gungen zuverlässig unverfälschte und aktuelle Meßergebnisse erzielt werden, so daß die Vorrichtung allen aus Sicherheitsgründen zu stellenden Anforderungen entspricht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, 4 "> daß das Analysenmeßgerät unmittelbar an der Kammerwandöffnung angeordnet und direkt an die Entnahmesonde angeschlossen ist, daß der Heizmantel die Entnahmesonde umgibt und sich über den Bereich der Kammerwand hinaus durch die Kammerwandöffnung bis zum Analysenmeßgerät erstreckt, daß dem Analysenmeßgerät eine vom Heizmantel 9 der Entnahmesonde getrennte Heizeinrichtung zugeordnet ist und daß der Heizmantel und die Heizeinrichtung jeweils einen eigenen Temperaturfühler zur getrennten Beheizung bzw. 7 emperaturregelung aufweisen.

Der unmittelbare Anschluß des Analysengerätes an das hintere Ende der Entnahmesonde führt zu einer wesentlichen Verkürzung des Strömungswegs der Gasprobe vom Entnahmepunkt in der Kammer bis zum Analysenmeßgeräts, so daß ein schnelles Ansprechen des Gerätes im Sinne aktueller Meßdaten gewährleistet ist. Ferner durchströmt die Gasprobe auf ihrem Weg zum Analysenmeßgerät keine kalten Stellen, an denen eine erhöhte Kondensationsgefahr bestehen würde. Darüber hinaus wird durch eine lückenlose Beheizung bzw. Temperaturregelung entlang dem Strömungsweg der Gasprobe einschließlich der Kammerwanddurchführung auch der geringsten noch schädlichen Temperatursenkung wirksam begegnet, wobei die getrennte Beheizung der Entnahmesonde einerseits und des Analysenmeßgeräts andererseits optimale Verhältnisse zur Konstanthaltung der Temperatur der Gasprobe von der Entnahme bis zur Analyse schafft.

Zweckmäßigerweise ist die Heizeinrichtung des Analysenmeßgeräts mit einem Isoliermantel versehen, der das benachbarte Ende eines den Heizmantel der Entnahmesonde umgebenden Sondenisoliermantels aufnimmt. Auf diese Weise wird unter Ausnutzung der unmittelbaren Verbindung zwischen der Sonde und dem Analysenmeßgerät eine lückenlose Isolierung geschaffen, ohne daß eine den Zusammenbau und insbesondere die spätere Zugänglichkeit behindernde einteilige Gesamtisolierung vorgesehen werden muß.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind der Heizmantel der Entnahmesonde und die Heizeinrichtung des Analysenmeßgeräts jeweils von einer Metallhülse mit axialen Bohrungen gebildet, in die elektrische Heizstäbe und die Temperaturfühler eingesetzt sind. Dadurch werden nicht nur der Zusammenbau, die Überprüfung sowie der Austausch der betreffenden Bauteile erleichtert, insbesondere ergibt sich eine das Analysenmeßgerät umfassende kompakte Vorrichtung deren durch den Wegfall der Verbindungsleitung bedingte Anordnung an der Außenseite der Kammerwand auch bei ungünstigen Bedingungen problemlos ist. Ferner ist es von Vorteil, wenn die Heizmantel der Entnahmesonde an seiner dem Analysenmeßgerät benachbarten Stirnseite eine radiale Befestigungsplatte aufweist, die lösbar mit dem Analysenmeßgerät verbunden ist. Auf diese Weise sind die Entnahmesonde mit ihrer Ummantelung und das Analysenmeßgerät im Interesse der nachträglichen Überprüfung bzw. des Austausches von Bauteilen leicht voneinander lösbar, andererseits aber noch starr miteinander verbunden, was die Anordnung und Abstützung der Vorrichtung auf der Außenseite der Kammerwand begünstigt.

Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung ist ein becherförmiges Gehäuse zur Aufnahme des Analysenmeßgeräts vorgesehen, dessen Boden eine zentrale öffnung zur Durchführung der Entnahmesonde mit ihrer Ummantelung beim axialen Einführen des Analysenmeßgerätes in das Gehäuse und einen vorspringenden Rand zum Anflanschen an die Kammerwand aufweist. Mit einem derartigen Gehäuse läßt sich die Vorrichtung schnell und sicher an einer geeigneten Stelle der Kammerwand anordnen, wobei die Vorrichtung bei guter Zugänglichkeit vor äußeren Einwirkungen geschützt ist, so daß auch insoweit darauf vertraut werden kann, daß die Vorrichtung störungsfrei arbeitet. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert, welches die in Betriebsstellung befindliche Vorrichtung im wesentlichen in einem Axialschnitt zeigt.

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Sondenkopf I₁ einem Analysenmeßgerät 2 und einem Gehäuse 3. Sie ist mit dem Sondenkopf 1 in einer öffnung 4 einer Wand 5 mit einer Isolierung 6 angeordnet, die eine Kammer 7 umgrenzt. Bei dieser Kammer 7 kann es sich beispielsweise um eine Trockiierofenkammer einer Industrielackiererei handeln. Während des Betriebs des Trocknerofens befindet sich in der Kammer 7 heiße Luft, die mit organischen Lösungsmitteldämpfen angereichert ist. Der Gehalt an Lösungsmitteldämpfen bzw. Gesamtkohlenwasserstof-

fen wird mittels des Analysenmeßgeräts 2 fortlaufend festgestellt bzw. überwacht, um die Anlage bei einem unzulässigen Anstieg der Konzentration sofort abzuschalten.

Der Sondenkopf 1 umfaßt eine zentral verlaufende Entnahmesonde 8, deren vorderes Ende im Abstand von der Wand 5 in der Kammer 7 mündet. Ein Heizmantel 9 in Form einer Metallhülse umschließt die Entnahmesonde 8 in einem mittleren Bereich, wobei der Heizmantel sich ebenfalls durch die öffnung 4 erstreckt und mit |. seinem Ende jeweils etwas gegenüber der isolierten Wand 5 vorspringt. Der Heizmantel 9 weist mit Umfangsabständen angeordnete Axialbohrungen 10 auf, in die jeweils ein elektrischer Heizstab 11 eingesetzt ist, dessen elektrische Anschlußleitungen 12 radial nach außen aus dem Heizmantel 9 herausgeführt sind.

Ferner ist über der Sonde eine axiale Sackbohrung im Heizmantel 9 ausgebildet, die einen Temperaturfühler 14 aufnimmt, dessen Anschlußleitungen 15 ebenfalls radial nach außen in die Gehäusekammer 16 geführt , sind. Der Heizmantel 9 ist von einem Sondenisoliermantel 17 umgeben, dessen Außendurchmesser wie dargestellt etwas kleiner als der Durchmesser der öffnung 4 ist. Ferner ist mit dem hinteren Ende des Heizmantels 9 eine radiale Befestigungsplatte 18 fest verbunden, durch die sich das hintere Ende der Entnahmesonde 8 erstreckt.

Das Analysenmeßgerät 2 weist einen Gasfilter 20, an den das hintere Ende der Entnahmesonde 8 angeschlossen ist, sowie einen zentral angeordneten Detektor 21 auf, der über eine kurze Verbindungsleitung 22 mit dem Gasfilter 20 verbunden ist. In Strömungsrichtung der aus der Kammer 7 entnommenen Gasprobe hinter dem Detektor 21 ist eine Kondensation unschädlich, so daß die nachfolgenden Teile nicht mehr beheizt werden ; müssen und im Rahmen der Erfindung keine besondere Bedeutung haben. Daher sind ein Sammelgefäß 23 für Kondensat, ein Vakuumdurchflußregler 24 zur Sicherung einer konstanten Gasprobenströmung und eine Saugpumpe 25 in Form einer Membranpumpe, die *<. gleichfalls von der entnommenen Gasprobe durchströmt werden und innerhalb einer gemeinsamen Umhüllung 26 des Analysenmeßgeräts angeordnet sind, nur schematisch angedeutet.

Der Gasfilter 20 und der Detektor 21 sind von einer 4, Heizeinrichtung 27 umgeben, die gleichfalls von einer Metallhülse mit Axialbohrungen 28 gebildet ist, in die jeweils ein elektrischer Heizstab 29 mit elektrischen Anschlußleitungen 30 eingeschoben ist, die wie dargestellt radial nach außen in die Gehäusekammer 16 >o geführt sind. Zwar ist ein Heizstab 29 unterhalb des Gasfilters 20 und des Detektors 21 eingezeichnet, jedoch hat sich eine Ausführung bewährt, bei der zwei Heizstäbe 29 vorgesehen sind, die sich seitlich vom Gasfilter 20 und vom Detektor 21 auf gleicher Höhe diametral gegenüberliegen.

Vom hinteren Ende der Metallhülse bzw. Heizeinrichtung 27 her ist oberhalb des Detektors 21 eine axiale Sackbohrung 31 angebracht, die einen Temperaturfühler 32 aufnimmt, dessen Anschlußleitungen 33 wie die elektrischen Anschlußleitungen 30 am hinteren Ende der Heizeinrichtung 27 radial nach außen in die Gehäusekammer 16 geführt sind. Die Heizeinrichtung 27 ist von einem Isoliermantel 34 mit einem Außenmantel 35 umgeben, wobei diese beiden Mäntel über das vordere Ende der Heizeinrichtung 27 axial vorspringen. Die vordere Stirnseite der aus der Heizeinrichtung 27 und dem Isoliermantel 34 gebildeten Anordnung ist durch eine entsprechend geformte Abdeckplatte 36 abgedeckt. Die Befestigungsplatte 18 des Heizmantels 9 ist mittels Schrauben 37 durch die Abdeckplatte 36 hindurch lösbar mit der Heizeinrichtung 27 verbunden. Ein Isolierring 38 schließt den Ringspalt zwischen dem Sondenisoliermantel 17 und dem Isoliermantel 34.

Ein Isolierdeckel 40, durch den sich das hintere Ende des Detektors 21 erstreckt und der auch einen Radialstutzen 41 des Detektors aufnimmt, schließt den Isoliermantel 34 an seinem hinteren Ende ab. Die Signalleitungen 42 des Detektors 21 treten aus dem Radialstutzen 41.

Das Gehäuse 3 ist becherförmig aus einer Zylinderwand 43 und einem Boden 44 mit einer zentralen öffnung 45 ausgebildet, durch die der Sondenkopf 1 hindurchgeführt ist. Der Boden 44 weist einen radial nach außen über die Zylinderwand 43 vorspringenden Rand 46 auf, der zur festen Verbindung des Gehäuses 3 mit der Kammerwand 5 dient, wozu Befestigungsschrauben 47 vorgesehen sind.

Wie dargestellt, ist die Zylinderwand 43 des Gehäuses 3 so bemessen, daß sie das als Bauelement innerhalb der Umhüllung 26 ausgebildete Analysenmeßgerät 2 vollständig aufnehmen und in der Betriebsstellung abstützen kann.

Die elektrischen Anschlußleitungen 12 und 15 gehören zu einem ersten Temperaturregelkreis, die Anschlußleitungen 30 und 33 zu einem zweiten Temperaturregelkreis. Sie sind ebenso wie die Signalleitungen 42 für die Meßwerte zu einem nicht dargestellten Mikroprozessor für die Gesamtsteuerung geführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Entnehmen einer heißen Gasprobe aus einer Kammer und zum Zuführen der Probe zu einem Analysenmeßgerät, insbesondere zur Überwachung des in der Kammerluft vorhandenen Gehalts an organischen Lösungsmitteln oder dergleichen Stoffen, die bei Erreichen einer bestimmten Konzentration explosionsgefährlich oder sonstwie schädlich sind, mit einer Entnahmesonde, die durch eine Kammerwandöffnung in die Kammer einführbar ist und außerhalb der Kammer mit dem Analysenmeßgerät verbunden ist, das einen Gasfilter und einen Detektor aufweist, wobei eine Saugpumpe zum Ansaugen der Probe durch die Sonde zum Analysenmeßgerät, und in Strömungsrichtung vor dem Analysenmeßgerät ein Heizmantel vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Analysenmeßgerät (2) unmittelbar an der Kammerwandöffnung (4) angeordnet und direkt an die Entnahmesonde (8) angeschlossen ist, daß der Heizmantel (9) die Entnahmesonde (8) umgibt und sich über den Bereich der Kammerwand (5,6) hinaus durch die Kammerwandöffnung (4) bis zum Analysenmeßgerät (2) erstreckt, daß dem Analysenmeßgerät (2) eine vom Heizmantel (9) der Entnahrnesonde

(8) getrennte Heizeinrichtung (27) zugeordnet ist und daß der Heizmantel (9) und die Heizeinrichtung (27) jeweils einen eigenen Temperaturfühler (14 bzw. 32) zur getrennten Beheizung bzw. Temperaturregelung aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (27) des Analysenmeßgeräts (2) mit einem Isoliermantel (34) versehen ist, der das benachbarte Ende eines den Heizmantel

(9) der Entnahmesonde (8) umgebenden Sondenisoliermantels (17) aufnimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizmantel (9) der Entnahmesonde (8) und die Heizeinrichtung (27) des Analysenmeßgeräts (2) jeweils von einer Metallhülse mit axialen Bohrungen (10, 13 bzw. 28, 31) gebildet sind, in die elektrische Heizstäbe (11 bzw. 29) und die Temperaturfühler (14 bzw. 32) eingesetzt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizmantel (9) der Entnahmesonde (8) an seiner dem Analysenmeßgerät (2) benachbarten Stirnseite eine radiale Befestigungsplatte (18) aufweist, die lösbar mit dem Analysenmeßgerät (2) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein becherförmiges Gehäuse (3) zur Aufnahme des Analysenmeßgeräts (2) vorgesehen ist, dessen Boden (44) eine zentrale öffnung (45) zur Durchführung der Entnahmesonde (8) mit ihrer Ummantelung (9, 17) beim axialen Einführen des Analysenmeßgeräts (2) in das Gehäuse (3) und einen vorspringenden Rand (46) zum Anflanschen an die Kammerwand (5, 6) aufweist.