DE3339073A1

DE3339073A1 - Verfahren zum analysieren von gasgemischen

Info

Publication number: DE3339073A1
Application number: DE19833339073
Authority: DE
Inventors: Bernward Dr.-Ing. 7143 Vaihingen Böning; Rudolf 7144 Asperg Nagel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-10-28
Filing date: 1983-10-28
Publication date: 1985-05-09

Description

Verfahren zum Analysieren von Gasgemischen
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Konventionelle Gasanalysenanlagen haben Einschwingzeiten von mehreren Sekunden. Das bedeutet, daß schnelle Konzentrationsänderungen im zu analysierenden Gas nicht aufgelöst werden können. Es hat sich gezeigt, daß diese verhältnismäßig großen Einschwingzeiten durch mehrere Faktoren verursacht werden, so kommt es innerhalb der Anlage zu Verwirbelungen, die Totvolumina sind zu groß, die Temperaturen innerhalb der Anlage sind nicht richtig gewählt, die Gastransportwege sind zu lang, die Gasgeschwindigkeiten zu gering, die Überwachungsinstrumente sind nicht an den optimalen Stellen untergebracht und schließlich sind die Filter zur Unterdrückung von Störfrequenzen in den Analysatoren nicht optimal ausgelegt.
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Gasanalysenanlage dynamisch so weit gebracht werden kann, daß die Einschwingzeit im Bereich < 1 Sekunde und die Totzeit bei etwa 2 Sekunden liegt. Damit ist es im Gegensatz zu den derzeit gebräuchlichen Anlagen möglich, schnelle Konzentrationsänderungen im zu analysierenden Gas aufzulösen. Dies ist beispielsweise wichtig bei Untersuchungen an Kfz-Verbrennungsmotoren, bei denen die Abgasmenge und ihre Zusammensetzung möglichst immer optimal eingestellt sein soll.
lurch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist zur Erzielung einer möglichst kurzen Einschwingzeit eine insgesamt entnommene Gasmenge von 700 bis 1000 llh und eine Zuführung von ca. 200 lih in jeden Teilstrom.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 den Vergleich zwischen einer konventionellen wasanalysenanlage (a) und einer Gasanalysenanlage nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (b), Figur 2 zeigt den Vergleich zwischen einem Strömungsungünstigen Filter (a) und einem strömungsgünstigen Filter (b) und Figur 3 schließlich den Vergleich zwischen einem strömungsungünstigen Gaskühler (3) und einem strömungsgünstigen Gaskühler (b), Beschreibung des Ausführungsbeispiels Bei einer konventionellen Gasanalysenanlage folgen, vom Gaseingang 1 her gesehen, hin-ereinander ein Kühler 2, ein Filter 3 und eine Pumpe 4, bevor sich der Gasstrom am Verzweigungspunkt 5 teilt. Die Gasmenge im Hauptgasstrom liegt zwischen 300 und 500 l/h. Jeder Teilgasstrom, von denen nur zwei in der Figur dargestellt sind, passiert zunächst ein Feinfilter 6, ein Dosierventil 7 sowie eine Durchflußanzeige 8, bevor es in den für die jeweilige Gaskomponente empfindlichen Analysator gelangt.
Mit 9 ist der Analysator für CO bezeichnet, der ein IR-Analysator ist, während mit 10 der Analysator für die Kohlenwasserstoffe bezeichnet ist, der auf einem Flammenionisationsdetektor basiert. Bei 11 verlassen die Gase die Anlage wieder. Mit den Pfeilen 12 ist angedeutet, daß der Hauptgasstrom in noch weitere Teilgasströme aufgeteilt werden kann, die zu weiteren Analysatoren geführt werden, z. B. C02, NO sowie 02. Die durchgesetzte x Gasmenge in einem Teilstrom liegt bei 60 bis 120 l/h.
Die Gasweglänge zwischen dem Gaseingang 1 und der Verzweigungsstelle 5 liegt bei den konventionellen Anlagen bei 5 bis 10 m, während die Gasweglänge zwischen der Verzweigung 5 und dem Analysator bei 3 bis 5 m liegt. Im unteren Teil der Figur 1, mit b) bezeichnet, ist dieser konventionellen Anlage eine Anlage gegenübergestellt, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet.
Hier liegt hinter dem Gas eingang 1 zunächst das Filter 3, das zusammen mit dem zum Analysator 11 für Kohlenwasserstoffe verlaufenden Leitungsteil 14 durch eine schematisch dargestellte Heizung 13 beheizt wird. Der erste Teilstrom für die Bestimmung der Kohlenwasserstoffe wird also bereits vor dem Kühler 2 abgezweigt, um diese bei höherer Temperatur messen zu können, um die bei diesen Temperaturen herrschende Gleichgewichtsbedingungen zu erfassen. Es folgen dann der Kühler 2 und die Pumpe 4. Vor der Verzweigungsstelle 5 liegt das Feinfilter 6, also im Gegensatz zu der konventionellen Anlage noch im Hauptgasstrom, in dem eine Gasmenge von 700 bis 1000 l/h durchgesetzt wird. In jedem Teilgasstrom, in dem eine Gasmenge von 200 l/h durchgesetzt wird, liegt vor den jeweiligen Analysatoren lediglich je ein Dosierventil 7, um den entsprechenden Gasstrom einzustellen.
Da für die Analysatoren die Gasmenge von 200 lih zu groß ist, wird kurz vor der Gasküvette innerhalb des Analysators ein Teil des Gases über einen Bypaß 15 direkt dem Ausgang 11 zugeführt, wobei die durch den Bypass abgeführte Gasmenge etwa 80 l/h beträgt. Mit dem Pfeil 12 sind wiederum weitere mögliche Teilströme zu weiteren Analysatoren angedeutet, während mit 16 der Analysator für CO2, der ebenfalls ein IR-Analysator ist, bezeichnet ist. Die Gasweglänge zwischen dem Gaseingang 1 und der Verzweigungsstelle 5 liegt hier nur noch bei 3 bis 5 m, während zwischen der Verzweigungsstelle 5 und den Analysatoren nur noch eine Gasweglänge von 0,5 m liegt.
Man sieht in diesem Vergleich bereits mehrere voneinander abweichende Prinzipien, die sich allein aus der Reihenfolge und dem unterschiedlichen Aufbau der Anlage ergeben. Weitere Unterschiede sind in den Figuren 2 und 3 dargestellt wo es darum geht, die einzelnen Bauteile nach Möglichkeit strömungsgünstig zu gestalten, um laminare Gasströmungen zu erzielen, d.h. Verwirbelungen zu vermeiden, um auf diese Weise in hohem Maße eine Gasberuhigung in den Analysatoren zu erzielen. Im linken Teil der Figur 2, mit a) bezeichnet, ist ein strömungsungünstiges Filter dargestellt. In dem Filtergehäuse 17 befindet sich ein Filtergewebe 19. Das Gas tritt bei 18 ein, wird mehrfach in einem verhältnismäßig großen Raum umgelenkt, bevor es durch das Filtergewebe hindurchtreten kann und bei 20 das Filter wieder verläßt. Es ist leicht einsehbar, daß hier starke Verwirbelungen des Gases auftreten. Demgegenüber ist in Figur 2b ein strömungsgünstiges Filter dargestellt, bei dem zwischen Gaseingang 18 und Gasausgang 20 im wesentlichen die Richtung beibehalten wird und auch die dem Gas zur Verfügung stehenden Räume sehr viel kleiner sind, so daß hier praktisch keine Verwirbelungen auftreten können.
In Figur 3 schließlich ist - mit a) bezeichnet - ein strömungsungünstiger Gaskühler dargestellt, bei dem das Gas, vom Eingang 23 herkommend, um die Kühlrippen 21, die mit Kühlflüssigkeit 22 gefüllt sind, herumgelenkt wird, um unterhalb der Kühlrippen 21 nochmals umgelenkt zu werden und bei 24 den Kühler zu verlassen. Auch hier erfolgt in hohem Maße eine Verwirbelung des Gases, die zu einer Unruhe bei der Messung der Bestandteile führt.
Demgegenüber ist in Figur 3b) ein strömungsgünstiger Gaskühler dargestellt, der aus einer Rohrspirale 26 besteht, in das das Gas bei 23 eintritt, in einer im wesentlichen laminaren Strömung die Rohrspirale passiert, um schließlich, durch ein Mittelrohr hindurch, den Kühler bei 24 zu verlassen. Kondenswasser kann bei 25 abtropfen.
Ein solcher Kühler ist nicht nur strömungsgünstig, sondern er weist auch ein sehr geringes Totvolumen auf.
Bei einigen der in den Analysatoren durchgeführten Meßverfahren ist die Meßgröße ein Wechselsignal, das gleichgerichtet wird und somit aus Halbwellen besteht. Dieses Signal ist unruhig, darüber hinaus treten trotz der bis an diese Stelle bereits ergriffenen Vorsichtsmaßnahmen immer noch Störungen auf, die ausgefiltert werden müssen. Bei den beim erfindungsgemäßen Verfahren benutzten Filtern höherer Ordnung wird gegenüber den konventionell benutzten Filtern erster Ordnung ein beachtlicher Dynamikgewinn erreicht, der ebenfalls zur Verkürzung der Einschwingzeiten beiträgt und so im gleichen Sinne wie alle anderen Maßnahmen wirkt, nämlich schnelle Konzentrationsänderungen im zu analysierenden Gas aufzulösen. Nur die Kombination all dieser im Hauptanspruch genannten Merkmale führt zu dem angegebenen Erfolg.

Claims

Ansprüche Verfahren zum Analysieren von Gasgemischen, wobei das Gas gekühlt, gefiltert, in Teilströme zerlegt und einzelnen Analysatoren zugeführt wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: a) die Elemente zur Reinigung und Kühlung des Gases, wie Filter und Kühler, werden strömungsgünstig ausgelegt und im Gashauptstrom angeordnet; b) alle Gaswege und Reinigungselemente, die vor einem Kohlenwasserstoffanalysator angeordnet sind, werden beheizt; c) die Analysatoren werden so nah wie möglich an dem Ort der Gasentnahme installiert; d) die entnommene Gasmenge wird zur Erzielung hoher Gasgeschwindigkeiten möglichst hoch angesetzt; e) die Gaswege vom Verzweigungspunkt bis zu den Analysatoren werden auf ein Minimum reduziert; f) die von den Analysatoren nicht benötigte Gasmenge wird erst unmittelbar vor der Analysenkammer über einen Eypass abgeführt g) die Frequenzfilterung in den Analysatoren wird mit aktiven Filtern höherer Ordnung durchgeführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die entnommene Gasmenge gemäß d) 700 bis 100C lih beträgt, daß jedem Teilstrom eine Gasmenge von ca. 200 l/h zugeführt wird und daß eine Gasmenge von ca. 80 lih durch den Bypass abgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Analysatoren für CO und C02 Infrarot-Detektoren, für Kohlenwasserstoffe Flammenionisatio.nsdetektoren, für Stickoxide Chemiluminiszenzdektoren und für Sauerstoff Paramagnetismusdetektoren verwendet werden.