DE4111377A1 - Gasentnahmesonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasentnahmesonde, wie sie als Zusatzgerät bei der Gasanalyse Verwendung findet.

In zahlreichen Bereichen der Technik ist es notwendig, Gase zu analysieren. Dies gilt sowohl für Gase aus pyro­ technischen Prozessen als auch für Gase, wie sie zum Bei­ spiel in der metallerzeugenden, Grundstoff- oder Nahrungs­ mittelindustrie anfallen.

Über die Gasentnahmesonde wird das Meßgas abgesaugt und vorbehandelt, bevor es der eigentlichen Gasanalyse zuge­ führt wird. Die Vorbehandlung besteht im wesentlichen darin, das Meßgas zu filtrieren, um staubförmige Partikel abzuscheiden. Die Vorbehandlung umfaßt teilweise aber auch eine Erwärmung des Meßgases, um dieses oberhalb des Taupunktes zu filtrieren.

Eine bekannte Gasentnahmesonde der Leybold-Heraeus GmbH, D-6450 Hanau 1, ist so aufgebaut, daß das Rohgas über ein Absaugrohr in ein Gehäuse geführt wird, das dem Roh­ gaseinlaß gegenüber einen lösbaren Deckel aufweist. Ein zylinderförmiges Filterelement ist an der Innenseite des Deckels befestigt. Das über das Absaugrohr zugeführte Rohgas strömt in das Gehäuseinnere und von außen nach innen durch das Filterelement. Im Inneren des Filterele­ mentes wird das Reingas gesammelt und über eine Reingas­ leitung durch den Deckel nach außen weggeführt.

Zum Filterwechsel wird der Deckel mit dem daran befestigten Filterelement abgenommen. Da auch die Reingasleitung, die vom Deckel weg verläuft, mitbewegt werden muß, ist die Handhabung relativ schwierig.

Eine weitere bekannte Gasentnahmesonde der Hartmann & Braun AG, D-6000 Frankfurt am Main ist so aufgebaut, daß das Rohgas über ein Absaugrohr in ein ebenfalls rohrförmiges Gehäuse geführt wird, wo es in axialer Richtung ein Filter­ element durchströmt und anschließend in axialer Richtung über eine Reingasleitung weggeführt wird. Auch hier gilt, daß insbesondere bei fester Montage der Gasentnahmesonde eine Reinigung für das Filterelement wegen der direkt angeschlossenen Reingasleitung nicht immer ohne Komplika­ tionen möglich ist.

Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, eine Gasentnahmesonde anzubieten, die auch unter beengten räum­ lichen Verhältnissen eingesetzt werden kann und eine leichte und sichere Auswechselbarkeit für das Filterelement er­ möglicht.

Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß dieses Ziel überraschend einfach dadurch erreicht werden kann, daß die Reingasleitung nicht durch den Deckel des Gehäuses hindurchgeführt wird, sondern im Deckel selbst verläuft und an eine Anschlußleitung kuppelbar ist, die im Gehäusekörper selbst ausgebildet wird. Auf diese Weise entfallen jegliche nach außen vorstehenden Anschlußelemente im Deckelbereich, so daß die Gasentnahmesonde ohne weiteres auch unter beengten räumlichen Verhältnissen eingesetzt werden kann. Bei der Demontage des Deckels, zum Beispiel während eines Filterwechsels, stört die Reingas-/Anschluß­ leitung also nicht mehr, weil sie nicht mehr nach außen vorsteht. Vielmehr wird die Reingas-/Anschlußleitung direkt im Gehäuse selbst ausgebildet und kann dann mit Abstand zum Deckel seitlich auslaufen, wo sie an weitere Leitungen angeschlossen wird.

Durch die integrale Ausbildung der Reingas-/Anschlußleitung ergibt sich die Möglichkeit, die Reingasleitung von der Anschlußleitung beim Abnehmen des Deckels automatisch zu lösen. Es ist nicht mehr notwendig, die von der Anschluß­ leitung zum Gasanalyse-Gerät verlaufende Leitung von der Gasentnahmesonde zu trennen.

In ihrer allgemeinsten Ausführungsform ist die Gasentnahme­ sonde durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

• - Ein Absaugrohr für das Rohgas. Vorzugsweise besteht dieses aus einem temperaturbeständigen Stahl, wie Edel­ stahl.
• - Das Absaugrohr mündet in ein Gehäuse, das mit einem lösbaren Deckel verschließbar ist. Dabei wird der Deckel üblicherweise an dem Ende des Gehäuses angeordnet, der dem Eintrittsbereich des Absaugrohres gegenüberliegt.
• - Innerhalb des aus einem Gehäusekörper und dem Deckel bestehenden Gehäuses ist ein Filterelement angeordnet, das als Hohlkörper gestaltet und am Deckel lösbar be­ festigt ist. Der Begriff Hohlkörper umfaßt insbesondere zylinderförmige oder kugelförmige Konfigurationen. Um die Durchströmbarkeit des Filterelementes sicherzustellen, ist dieses mit Abstand zur Innenwand des Gehäusekörpers angeordnet, so daß das Rohgas das Filterelement von außen nach innen durchströmt. Die lösbare Verbindung des Filterelementes am Deckel dient dazu, es nach einer gewissen Benutzungszeit austauschen zu können, was nach­ stehend noch näher beschrieben wird.
• - Von der Reingasseite des Filterelementes (also von dem Raum innerhalb des Filterelementes) führt eine Reingas­ leitung in den Deckel.
• - Diese Reingasleitung ist schließlich an eine Anschluß­ leitung kuppelbar, die im Gehäusekörper selbst ausgebil­ det ist, so daß bei der Montage/Demontage des Deckels gegenüber dem Gehäusekörper die Reingasleitung ohne weitere Maßnahmen mit der Anschlußleitung verbunden beziehungsweise von dieser wieder gelöst wird.

Es ist selbstverständlich, daß die Anschlußleitung nicht im Gehäusekörper endet, sondern mit Abstand zum Deckel aus dem Gehäusekörper heraus verläuft und dort (seitlich) an weitere Anschlußleitungen angeschlossen wird.

Eine Optimierung der beschriebenen Bauform in strömungs­ technischer Hinsicht läßt sich dadurch erreichen, wenn Gehäusekörper und/oder Absaugrohr und/oder Filterelement konzentrisch zueinander angeordnet sind. In diesem Sinne sind entsprechende Zylinderformen besonders vorteilhaft. Dabei durchströmt das vom Absaugrohr kommende Rohgas zu­ nächst den ringförmigen Raum zwischen Filterelement und Gehäusekörper, bevor es durch das Filterelement in dessen inneren Hohlraum dringt und über die Reingas-/Anschluß­ leitung abgesaugt wird. Die hierzu notwendigen Absaug­ einrichtungen entsprechen dem Stand der Technik und werden deshalb nicht näher erläutert.

Für die konkrete Gestaltung und Anordnung des Filterele­ mentes ergeben sich zahlreiche Ausführungsformen. So kann das Filterelement zwischen der Innenfläche des Deckels und einer im Abstand dazu angeordneten Halteeinrichtung positioniert werden. Dazu verläuft dann vorzugsweise von der Halteeinrichtung ein (stiftförmiges) Befestigungs­ organ mit Abstand zur Innenfläche des Filterelementes durch dieses hindurch, und das Befestigungsorgan wird am Deckel befestigt.

Der hierdurch ausgebildete Raum zwischen der Innenfläche des Filterelementes und der Außenfläche des Befestigungs­ organs dient zur Aufnahme des Reingases (nach dem Filter­ durchtritt). Dieser Ringraum kann dann entweder bis in den Bereich des Deckels verlängert werden, um dort in die Reingasleitung überzugehen. Es ist aber auch möglich, die Reingasleitung bereits vom Befestigungsorgan aus ver­ laufen zu lassen. Zu diesem Zweck werden vorzugsweise am oberen Ende des Befestigungsorgans (dem Deckel benach­ bart) radial verlaufende Öffnungen vorgesehen, die in eine Reingasleitung einmünden, die sich in Richtung der Mittenlängsachse des Befestigungsorgans bis in den Deckel fortsetzt und danach unter einem Winkel von etwa 90° in Richtung auf den Umfangsrand des Deckels verläuft, wo die Reingasleitung nach unten abgewinkelt ist und in der Innenfläche des Deckels im Bereich des Gehäusekörpers ausläuft. An dieser Stelle geht die Reingasleitung konti­ nuierlich in die im Gehäusekörper ausgebildete Anschluß­ leitung über, die sich danach vorzugsweise nach unten (in Richtung auf das Absaugrohr) fortsetzt und schließ­ lich mit Abstand zum Deckel seitlich austritt, wo weitere Anschlußleitungen angeschlossen werden, die dann in die Gasanalyse-Einrichtung führen.

Die beschriebene Halteeinrichtung für das Filterelement ist vorzugsweise lösbar gegenüber dem Befestigungsorgan angeordnet, um den Filterwechsel zu erleichtern. Dies kann zum Beispiel mittels einer einfachen Schraubverbindung zwischen der Halteeinrichtung und dem Befestigungsorgan erfolgen.

Das Gehäuse selbst wird nach einer vorteilhaften Ausfüh­ rungform auf einem Flansch befestigt, der eine Bohrung aufweist, an die das Absaugrohr kuppelbar ist. Dabei kann die Verbindung zwischen Absaugrohr und Bohrung ebenfalls lösbar gestaltet werden. Dies ermöglicht es, je nach Anwen­ dungsbereich, unterschiedlich lange Absaugrohre anzuordnen.

Im Anschlußbereich zwischen Deckel und Gehäusekörper und im Anschlußbereich zwischen Deckel und Filterelement werden vorzugsweise Dichtungen angeordnet, um zu verhindern, daß Rohgas ungefiltert am Filter vorbei in die Reingas­ leitung oder direkt aus dem Gehäuse strömt.

Der Deckel selbst wird zum Beispiel über einen Schnellver­ schluß gegenüber dem Gehäusekörper befestigt.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, das Gehäuse beheizbar auszubilden. Zu diesem Zweck ist vor gesehen, die Heizung aus einem auf der Außenfläche des Gehäusekörpers angeordneten elektrischen Heizelement zu gestalten.

In diese in Zusammenhang bietet die Gasentnahmesonde den weiteren Vorteil, nicht nur den Gehäusekörper beheizbar auszuführen, sondern auch den Deckel des Gehäuses. Dazu wird der Deckel umfangsseitig über den Gehäusekörper ver­ längert und randseitig so ausgebildet, daß er in der Mon­ tageposition flächig gegen das elektrische Heizelement anliegt, so daß es zu einer Wärmeübertragung von der Heiz­ einrichtung auf den Deckel kommt. Ebenso kann das Heizele­ ment auch im Deckel fortgeführt werden. Deckel und Gehäuse­ körper werden dabei über elektrische Kontakte miteinander verbunden.

In diesem Fall werden die genannten Schnellverschlüsse so angeordnet, daß der Deckel auf der den Gehäusekörper umgebenden Heizeinrichtung befestigt wird.

Um die Wärmeübertragung zu verbessern, sollte der Deckel ebenso wie der Gehäusekörper und der Flansch aus einem gut wärmeleitenden Material bestehen. Die in Bezug auf die Beheizung des Deckels gegebenen Merkmale gelten analog auch für den Flansch, so daß eine gleichmäßige Beheizung des gesamten Gehäuses und damit eine gleichmäßige Erwärmung des Gases erfolgt.

Dabei können sowohl der Flansch als auch der Gehäusekörper und der Deckel zum Beispiel aus Stahl (Edelstahl) oder Aluminium bestehen.

Als Filterelement sind offenporige keramische Filterkörper bevorzugt; es können aber auch andere Staubfilter verwendet werden.

Die beschriebene Gasentnahmesonde wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur einen Längsschnitt durch eine Gasentnahme­ sonde.

Zu erkennen ist ein Absaugrohr 10, über das das Rohgas in Pfeilrichtung P angesaugt wird. Das Absaugrohr 10 ist an seinem in der Figur rechten Ende mit einer Muffe 12 ausgebildet, die in einer Bohrung 14 eines Stahl-Flansches 16 eingeschraubt ist. Eine Ringdichtung 18 sorgt für einen gasdichten Anschluß.

Auf der gegenüberliegenden Seite des Flansches 16 ist ein Gehäusekörper 20 befestigt, der eine Zylinderform aufweist, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außen­ durchmesser des Absaugrohres 10. Dabei sind Gehäusekörper 20 und Absaugrohr 10 konzentrisch zueinander angeordnet.

Um den Gehäusekörper 20 herum verläuft eine elektrische Heizeinrichtung 22, die mit ihrem einen Ende am Flansch 16 anliegt und am gegenüberliegenden (rechten) Ende mit einer Stufe 24 ausgebildet ist. Die elektrischen Anschluß­ leitungen für die Heizung 22 sind nicht dargestellt.

Die Stufe 24 dient zur Aufnahme eines Deckels 26, der ebenso wie der Gehäusekörper 20 aus einem gut wärmeleitenden Material, hier aus Aluminium, besteht. Der Deckel 26 über­ ragt seitlich den Gehäusekörper 20 und ist in seinem Umfangs­ bereich mit einer Stufe 28 ausgebildet, die korrespondierend zur Stufe 24 der Heizeinrichtung 22 gestaltet ist, so daß zwischen Deckel 26 und Heizeinrichtung 22 eine flächige Verbindung besteht, wenn der Deckel 26 auf den Gehäuse­ körper 20 aufgesetzt wird. Dies erfolgt mittels dreier Schnellverschlüsse 30, die von der Außenfläche des Deckels 26 zur Außenfläche der Heizeinrichtung 22 verlaufen.

Im Montagezustand liegt der Deckel 26 aber nicht nur gegen­ über der Heizeinrichtung 22 an, sondern mit seiner Innen­ fläche 26a auch gegenüber der korrespondierenden Stirn­ fläche des Gehäusekörpers 20. Um in diesem Bereich eine Gasdichtigkeit zu erreichen, sind Ringdichtungen 32a, b zwischen Deckel 26 und Gehäusekörper 20 angeordnet.

Von der Innenfläche 26a des Deckels 26 verläuft ferner ein Filterelement 34, das ebenfalls eine Zylinderform aufweist. Das Filterelement 34 erstreckt sich bis kurz vor den Bereich der Bohrung 14 und liegt dort gegen eine Platte 36 an. Die Platte 36 weist eine Mittenbohrung 38 auf, durch die eine Schraube 40 hindurchgeführt ist, die bis in den Bereich innerhalb des zylinderförmigen Filter­ elementes 34 vorsteht und dort in einem Ende eines stift­ förmigen Befestigungsorgans 42 verankert ist. Das Befesti­ gungsorgan 42 verläuft mit Abstand zur Innenfläche 34a des Filterelementes 34 durch dieses hindurch und ist am gegenüberliegenden Ende an der Innenfläche 26a des Deckel 26 befestigt. Auf diese Weise wird zwischen dem Befestigungs­ organ 42 und dem Filterelement 34 ein ringförmiger Raum 44 ausgebildet.

Wie sich der Figur entnehmen läßt, ist das Befestigungs­ organ 42 an seinem in der Figur rechten Ende mit mehreren radialen Bohrungen 46 ausgebildet, die von der Außenfläche nach innen verlaufen und in eine Reingasleitung 48 münden, die sich in Richtung der Mittenlängsachse M des Gehäuse­ körpers 20 bis in den Deckel 26 hineinerstreckt und von dort aus unter einem Winkel von 90° parallel zur Innen­ fläche 26a des Deckels 26 verläuft, bevor sie vor dem umfangsseitigen Ende des Deckels 26 wieder nach innen in Richtung auf die Innenfläche 26a abgekröpft ist und in der Innenfläche 26a bei 50 ausläuft. Diese Stelle be­ findet sich im Kontaktbereich zur Stirnfläche des Gehäuse­ körpers 20, von der aus in Verlängerung der Reingasleitung 48 eine Anschlußleitung 52 verläuft, die sich in Richtung auf den Flansch 16 erstreckt und mit Abstand vor dem Flansch 16 seitlich in einen Anschlußstutzen 54 mündet. An den Anschlußstutzen 54 wird später eine weitere Anschlußleitung angeschlossen, die zur Gasanalyse-Vorrichtung führt.

Der Weg des entnommenen Prozeßgases ist wie folgt. Über das Absaugrohr 10 wird das Rohgas in Pfeilrichtung P ange­ saugt, durchströmt die Muffe und dringt danach in den zwischen der Außenfläche 34b des Filterelementes 34 und der Innenfläche 20a des Gehäusekörpers 20 ausgebildeten Ringraum 56 ein. Auf diesem Weg wird das Rohgas indirekt durch die elektrische Heizeinrichtung 22 beheizt, die die Wärme an den Flansch 16, den Gehäusekörper 20 und den Deckel 26 abgibt.

Das Rohgas durchströmt danach das Filterelement 34 von außen nach innen. Staubförmige Teilchen setzen sich im Filterelement 34 ab. Das an der Innenfläche 34a des Filter­ elementes 34 austretende Reingas nimmt danach den Weg entlang des ringförmigen Raumes 44 und strömt über die Bohrungen 46 in die Reingasleitung 48 und von dort durch den Deckel 26 in die Anschlußleitung 52 bis zum Anschluß­ stutzen 54 und dann weiter über die (nicht dargestellten) weiteren Anschlußleitungen.

Ist der Filter verstopft oder muß er aus anderen Gründen ausgewechselt werden, werden die Schnellverschlüsse 30 gelöst. Der Deckel 26 kann danach abgenommen werden und mit ihm das Filterelement 34. Durch Lösen der Schraube 40 kann das Filterelement 34 von der Platte 36 beziehungs­ weise dem Befestigungsorgan 42 abgenommen und ausgetauscht werden. Gleichzeitig wird der Verbindungsbereich zwischen Reingasleitung 48 und Anschlußleitung 52 automatisch gelöst. Im umgekehrten Fall, wenn der Deckel 26 wieder aufgesetzt wird, wird umgekehrt vorgegangen, wobei die Verbindung zwischen Reingasleitung 48 und Anschlußleitung 52 wiederum unmittelbar hergestellt wird, ohne daß separate Kupplungen nötig wären.

Die beschriebenen Dichtungen 32a dienen gleichzeitig dazu, den Anschlußbereich zwischen Reingasleitung 48 und An­ schlußleitung 52 abzudichten.

Weitere Dichtungen 60a, b sind an beiden Enden des Filter­ elementes 34 angeordnet, also zwischen Deckel 26 und Filter­ element 34 beziehungsweise zwischen Filterelement 34 und Platte 36, um eine unkontrollierte Rohgasströmung am Filter­ element 34 vorbei in den ringförmigen Raum 44 zu unter­ binden. Das Filterelement 34 wird von einem offenporigen keramischen Filterkörper gebildet.

Claims (15)

1. Gasentnahmesonde mit

• 1.1 einem Absaugrohr (10) für das Rohgas, das
• 1.2 in einen, mit einem lösbaren Deckel (26) versehenen Gehäusekörper (20) mündet, in dem
• 1.3 ein, vom Rohgas durchströmbares, als Hohlkörper gestaltetes und am Deckel (26) lösbar befestigtes Filterelement (34) angeordnet ist,
• 1.4 von dessen innerer Reingasseite eine Reingasleitung (48) in den Deckel (26) führt, die
• 1.5 bei der Montage/Demontage des Deckels (26) mit einer, im Gehäusekörper (20) ausgebildeten Anschluß­ leitung (52) für das Reingas kuppelbar ist.

2. Gasentnahmesonde nach Anspruch 1, bei der der Gehäuse­ körper (20) im wesentlichen konzentrisch zum Absaug­ rohr (10) angeordnet ist.

3. Gasentnahmesonde nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Filterelement (34) eine Zylinderform aufweist und unter Ausbildung eines Ringspalts (56) zur Innenwand (20a) des Gehäusekörpers (20) verläuft.

4. Gasentnahmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3 bei der das Filterelement (34) zwischen der Innenfläche (26a) des Deckels (26) und einer im Abstand dazu angeord­ neten Halteeinrichtung (36) positioniert ist, von der aus ein Befestigungsorgan (42) mit Abstand zur Innen­ fläche (34a) des Filterelementes (34) durch dieses hindurch verläuft und am Deckel (26) befestigt ist.

5. Gasentnahmesonde nach Anspruch 4, bei der die Halte­ einrichtung (36) lösbar gegenüber dem Befestigungs­ organ (42) angeordnet ist.

6. Gasentnahmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dessen Gehäusekörper (20) auf einem Flansch (16) be­ festigt ist, der eine Bohrung (14) aufweist, an die das Absaugrohr (10) kuppelbar ist.

7. Gasentnahmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der Deckel (26) und der Gehäusekörper (20) sowie der Deckel (26) und das Filterelement (34) mittels Dichtungen (32a, b, 60a) gasdicht verbunden sind.

8. Gasentnahmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der Deckel (26) über mindestens einen Schnell­ verschluß (30) gegen den Gehäusekörper (20) mittelbar oder unmittelbar festlegbar ist.

9. Gasentnahmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Anschlußleitung (52) für das Reingas in Verlängerung der Reingasleitung (48) in der Wand des Gehäusekörpers (20) verläuft und beab­ standet zum Deckel (26) aus diesem austritt.

10. Gasentnahmesonde nach Anspruch 9, bei der im Anschluß­ bereich von Reingasleitung (48) und Anschlußleitung (52) eine Dichtung (32a, b) angeordnet ist.

11. Gasentnahmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das Filterelement (34) aus einem offenporigen, keramischen Filterkörper besteht.

12. Gasentnahmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der der Gehäusekörper (20), der Deckel (26) und/oder der Flansch (16) aus einem gut wärmeleitenden Material wie Stahl oder Aluminium besteht.

13. Gasentnahmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der der Gehäusekörper (22), der Deckel (26) und/oder der Flansch (16) unmittelbar oder mittelbar beheizbar ausgebildet ist (sind).

14. Gasentnahmesonde nach Anspruch 13, bei der die Heizein­ richtung (22) aus einem auf der Außenfläche des Gehäuse­ körpers (20) angeordneten elektrischen Heizelement besteht.

15. Gasentnahmesonde nach Anspruch 13 oder 14, bei der der Deckel (26) umfangsseitig über den Gehäusekörper (20) vorsteht und in der Montageposition flächig gegen das elektrische Heizelement (22) anliegt.