DE4226997C2 - Abscheider - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Abscheider gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der Gasanalyse ist es außerordentlich wichtig, eine in einem Probengas vor­ handene Flüssigkeit zu entfernen. Ein für diesen Zweck eingesetzter herkömm­ licher Flüssigkeitsabscheider ist in Fig. 2 dargestellt. Entsprechend dieser Fig. 2 weist der herkömmliche Flüssigkeitsabscheider eine trichterförmige Trenn­ wand 11 auf, die an ihrem unteren Ende mit einem Flüssigkeitsauslaß 12 ver­ bunden ist. Diese trichterförmige Trennwand 11 ist so in einem Gehäuse ange­ ordnet, daß oberhalb der trichterförmigen Trennwand 11 eine Trennkammer 13 erhalten wird. In einer die Trennkammer 13 nach oben abschließenden Kam­ merwand befindet sich ein Probengas-Einlaßrohr 14, über das das Probengas in die Trennkammer 13 gelangt. Dabei wird das Probengas entlang einer Um­ fangswand 15 der Trennkammer 13 zugeführt. Mit dem Bezugszeichen 16 ist ein Gasauslaß bezeichnet, der sich in derselben Kammerwand wie das Proben­ gas-Einlaßrohr 14 befindet.

Strömt das Probengas beim oben beschriebenen Flüssigkeitsabscheider in die Trennkammer 13 ein, so trifft die in ihm enthaltene Flüssigkeit auf die Um­ fangswand 15 der Trennkammer 13 auf und bleibt an dieser Umfangswand 15 mehr oder weniger stark haften. Infolge der tangential zur Umfangswand 15 ge­ wählten Einströmrichtung rotieren das Probengas und die in ihm enthaltene Flüssigkeit um die Trichterachse der trichterförmigen Trennwand 11, wobei sich die Flüssigkeit infolge der wirkenden Schwerkraft im Zentrum der trichter­ förmigen Trennwand 11 sammelt. Sie fließt dann über den Flüssigkeitsauslaß 12 nach unten ab. Dagegen gelangt das Probengas, das nun keine Flüssigkeit mehr enthält, aus der Trennkammer 13 über den Gasauslaß 16 nach außen.

Nachteilig bei dem herkömmlichen Flüssigkeitsabscheider ist jedoch, daß das Probengas innerhalb der Trennkammer 13 um die Trichterachse rotiert, so daß es eine relativ lange Zeit innerhalb der Trennkammer 13 verbleibt, bevor es, von der Flüssigkeit befreit, wieder über den Gasauslaß 16 austritt. Dies führt letzt­ lich zu einem verschlechterten zeitlichen Auflösungsvermögen des Gasanaly­ sators.

Ein weiterer Abscheider gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der DE-OS 25 26 056 bekannt. Dieser bekannte Abscheider enthält ei­ ne Probengas-Einlaßpassage, die Ablenkmittel aufweist, um ein Proben­ gas in deren Umfangsrichtung zirkulieren zu lassen; eine mit der Proben­ gas-Einlaßpassage verbundene Trennkammer; eine Probengas-Auslaß­ passage, deren Eingangsöffnung innerhalb der Trennkammer einer Aus­ gangsöffnung der Probengas-Einlaßpassage im Abstand gegenüberliegt; sowie eine von der Trennkammer abgehende Abgas-Auslaßpassage.

Die Ablenkmittel beim bekannten Abscheider bestehen einerseits aus ei­ nem rumpfförmigen Ablenkelement im Zentrum der Probengas-Einlaß­ passage und andererseits aus einer Vielzahl von Schaufeln, die kreisför­ mige um den Rumpf des Ablenkelements herum angeordnet sind. Die Pro­ bengas-Einlaßpassage wird daher zu einem großen Teil vom rumpfförmi­ gen Ablenkelement verschlossen, so daß nur ein begrenzter Strömungs­ durchsatz und damit nur ein geringer Wirkungsgrad erhalten werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Abscheider so weiterzubilden, daß er sich auch zur Flüssigkeitsabscheidung aus einem relativ langsam strömenden Gas eignet und einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Er soll darüber hinaus einfacher und kostengünstiger herstell­ bar sein.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patent­ anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteran­ sprüchen zu entnehmen.

Ein Abscheider nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß als Ab­ lenkmittel nur spiral- bzw. wendelförmig verlaufende Elemente vorhanden sind und die Trennkammer konisch ausgebildet und in ihrem Spitzenbereich mit der Probengas-Einlaßpassage verbunden ist.

Nach der Erfindung wird das die Probengas-Einlaßpassage in Richtung zur Trennkammer durchströmende Probengas und damit auch die im Probengas enthaltene Flüssigkeit in Umfangsrichtung der Probengas-Einlaßpassage be­ wegt. Die entsprechende Zirkulation wird durch Mittel erzeugt, die sich im In­ neren der Probengas-Einlaßpassage befinden, beispielsweise durch wendelförmig verlaufende Wandelemente. Tritt das so durchmischte Probengas in den Spitzenbereich der konusförmig ausgebildeten Trennkammer ein, so expandiert es zunächst, wodurch eine Druckreduktion erfolgt, was zur Kondensation der im Probengas enthaltenen Flüssigkeit führt. Infolge der Zirkulation des Probengases wird die in ihm enthaltene und kondensierte Flüssigkeit radial nach außen gedrückt, und zwar durch die dabei erzeugten Fliehkräfte. Die Flüssigkeit kann dann an der inneren Wandfläche der Trennkammer ablaufen. Der Hauptstrom des Probengases, in welchem sich keine Flüssigkeit mehr be­ findet, gelangt andererseits unmittelbar in die Probengas-Auslaßpassage, die sich innerhalb der Trennkammer befindet, und deren Einlaßöffnung der Aus­ laßöffnung der Probengas-Einlaßpassage im Abstand gegenüberliegt. Das die Flüssigkeit enthaltende Probengas wird mit anderen Worten an der Eingangs­ öffnung der Probengas-Auslaßpassage vorbeigeleitet. Das flüssigkeitsfreie Pro­ bengas gelangt unmittelbar in die Probengas-Auslaßpassage und hält sich da­ her nicht lange im Flüssigkeitsabscheider auf, so daß sich Gasanalysen mit ho­ hem Ansprechvermögen hinsichtlich der Probengaszusammensetzung durch­ führen lassen.

Die Zeichnung stellt neben dem Stand der Technik ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Flüssigkeitsabscheider nach der Erfin­ dung und

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen herkömmlichen Flüssigkeitsabschei­ der.

Der in Fig. 1 gezeigte Flüssigkeitsabscheider nach der Erfindung weist ein Ge­ häuse 1 auf, das eine Trennkammer 2 bildet. Das Gehäuse 1 ist zur Bildung der Trennkammer 2 trichterförmig ausgebildet, wobei sich der Trichter von oben nach unten erweitert. Die Einlaßöffnung für die Probengaszufuhr befindet sich somit am oberen spitzen Ende des Trichters. Am unteren weiten Ende des Trichters bzw. des Gehäuses 1 befindet sich eine Abgas-Auslaßpassage 3, die seitlich vom Trichter bzw. Gehäuse 1 abgeht. Das Gehäuse 1 Ist zur Bildung des Trich­ ters rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei die Trichterlängsachse in Fig. 1 vertikal verläuft. Mit dem Bezugszeichen 4 ist ein Auffangbehälter für abge­ schiedene Flüssigkeit bezeichnet während das Bezugszeichen 5 ein Abgasrohr kennzeichnet, über das eventuell noch im Auffangbehälter 4 vorhandenes Pro­ bengas (Restgas) ausgegeben wird.

Das Abgasrohr 5 verläuft ebenfalls vertikal in Fig. 1 und ragt mit seinem unte­ ren Ende ein wenig in den Auffangbehälter 4 hinein. Dieser Auffangbehälter 4 steht mit der Abgas-Auslaßpassage 3 in Verbindung, so daß abgeschiedene Flüssigkeit in den Auffangbehälter 4 hineinfließen kann.

Mit der Spitze des Gehäuses 1 ist eine Probengas-Einlaßpassage 6 verbunden, die rohrförmig ausgebildet ist. Diese Probengas-Einlaßpassage 6 verläuft verti­ kal in Fig. 1 und koaxial zur Trichterlängsachse. Die Probengas-Einlaßpassage 6 liegt also koaxial zum Gehäuse 1 bzw. zur Trennkammer 2. Im Inneren der Probengas-Einlaßpassage 6 befindet sich ein spiralförmiges Element 7, das da­ zu dient, das in Richtung zur Trennkammer 2 strömende Probengas in Um­ fangsrichtung der Probengas-Einlaßpassage 6 zirkulieren zu lassen. Hierzu kann das spiralförmige Element 7 zwei oder mehrere dünne und aus Metall be­ stehende Streifen 7a, 7b aufweisen, die sich an der inneren Umfangswand der Probengas-Einlaßpassage 6 wendelartig in Richtung zur Trennkammer 2 er­ strecken. Die Streifen 7a, 7b können fest mit der Innenwand der Probengas-Einlaßpassage 6 verbunden sein. Durch die entsprechende Zirkulation des Pro­ bengases wird auch die im Probengas enthaltene Flüssigkeit mitbewegt und so­ mit bei ihrem Transport in Richtung zur Trennkammer 2 radial nach außen ge­ drückt. Das in Umfangsrichtung der Probengas-Einlaßpassage 6 zirkulierende Gas mit der darin enthaltenen Flüssigkeit gelangt in diesem Zustand in den Spitzenbereich der Trennkammer 2.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß statt der metallischen Streifen 7a, 7b auch solche aus einem anderen Material, beispielsweise aus Kunststoff, verwendet werden können.

Wie bereits oben beschrieben, ist das Gehäuse 1 im Bereich seines großen Durchmessers abgeschlossen, und zwar durch einen Boden 3b. Durch diesen Boden 3b hindurch ragt eine Probengas-Auslaßpassage 8, die rohrförmig aus­ gebildet ist. Diese rohrförmige Probengas-Auslaßpassage 8 liegt koaxial zur Trichterlängsrichtung bzw. koaxial zur rohrförmigen Probengas-Einlaßpassa­ ge 6, also auch koaxial zum Gehäuse 1. Dabei weist die Probengas-Auslaßpas­ sage 8 einen Durchmesser auf, der kleiner oder nur leicht größer ist als der der Probengas-Einlaßpassage 6. Die aufeinander zu weisenden Enden von Proben­ gas-Einlaßpassage 6 und Probengas-Auslaßpassage 8 sind so weit voneinander beabstandet, daß zwischen dem oberen Ende der Probengas-Auslaßpassage 8 und der Innenwand des Gehäuses 1 im spitzen Kegelbereich noch ein hinrei­ chender Abstand verbleibt.

Dieser Abstand ist erforderlich, damit derjenige Teil des in Umfangsrichtung der Probengas-Einlaßpassage 6 zirkulierenden Probengases, der die Flüssig­ keit enthält, gemeinsam mit der Flüssigkeit in das Innere der Trennkammer 2 sowie zur Abgas-Auslaßpassage 3 gelangen kann.

Beim Flüssigkeitsabscheider nach Fig. 1 gelangt das Probengas bei Eintritt in die Trennkammer 2 unter einen Druck, der höher ist als derjenige in der Probengas-Einlaßpassage 6, so daß die im Probengas enthaltene Flüssigkeit leicht kondensieren kann. Dies geschieht im Bereich oberhalb der Probengas-Auslaß­ passage 8, die dazu vom unteren Ende der Probengas-Einlaßpassage 6 einen hinreichenden Abstand aufweist. Da das Probengas in Umfangsrichtung der Probengas-Einlaßpassage 6 bzw. in Umfangsrichtung des trichterförmigen Ge­ häuses 1 zirkuliert, also um die Trichterlängsachse herum, wird auch die im Probengas enthaltene Flüssigkeit radial nach außen gedrückt, so daß dort Be­ reiche mit höherer Flüssigkeltsdichte erhalten werden. Die so abgetrennte Flüssigkeit fließt dann an der inneren Umfangswand 2a der Trennkammer 2 in Richtung zum Boden 3b herab und gelangt durch die Abgas-Auslaßpassage 3 in den Flüssigkeitsbehälter 4. Das ebenfalls durch die Abgas-Auslaßpassage 3 hindurchströmende Probengas (Restgas) wird über das Abgasrohr 5 ausgege­ ben. Der Anteil des Restgases, der über das Abgasrohr 5 abströmt, ist allerdings nur relativ klein, wie nachfolgend erläutert wird.

Wie bereits erwähnt, liegt die Probengas-Auslaßpassage 8 koaxial zur Proben­ gas-Einlaßpassage 6 und dieser im Abstand gegenüber. Der Hauptstrom des in die Trennkammer 2 eintretenden Probengases gelangt somit unmittelbar in die Probengas-Auslaßpassage 8 und damit ohne Zeitverzögerung zum Gasanalysa­ tor. Dieser Hauptstrom enthält praktisch keine Flüssigkeit mehr oder nur einen sehr geringen Flüssigkeitsanteil, da im Bereich der Spitze der Trennkammer 2 die gesamte Flüssigkeit oder der größte Teil davon radial nach außen transpor­ tiert worden ist, und zwar aufgrund der Zirkulation des Probengases. Ob Pro­ bengas mit einem geringen Flüssigkeltsanteil in die Probengas-Auslaßpassage 8 gelangt, hängt nicht zuletzt auch von deren Durchmesser im Verhältnis zum Durchmesser der Probengas-Einlaßpassage 6 ab. Je kleiner der Innendurch­ messer der Probengas-Auslaßpassage 8 ist, desto weniger Flüssigkeit (Restflüssigkeit) gelangt durch diese hindurch.

Beim Flüssigkeitsabscheider nach der Erfindung zirkuliert das Probengas in­ folge des spiralförmigen Elements 7 in Umfangsrichtung der Probengas-Ein­ laßpassage 6, wenn es durch die Probengas-Einlaßpassage 6 in Richtung zur Trennkammer 2 strömt. Bei Eintritt in die Trennkammer 2 wird die im Proben­ gas enthaltene Flüssigkeit radial nach außen gedrückt, und zwar infolge der vorhandenen Fliehkräfte, die durch die Zirkulation des Probengases erzeugt werden. Die im Probengas enthaltene Flüssigkeit gelangt somit in die äußeren Randbereiche der Gasströmung und wird an der Innenwand 2a der Trennkam­ mer 2 aufgefangen, um in Richtung des Auffangbehälters 4 abzufließen. Der Hauptteil der Probengasströmung, also der zentrale Bereich der Gasströmung, In welchem sich keine Flüssigkeit mehr befindet, wird unmittelbar in die Pro­ bengas-Auslaßpassage 8 geleitet, so daß das reine Probengas zum Gasanalysa­ tor gelangt, ohne daß es sich längere Zeit im Flüssigkeitsabscheider auffällt. Ei­ ne Gasanalyse kann daher mit hoher Ansprechempfindlichkeit durchgeführt werden.

Claims (3)

1. Abschneider, mit

• - einer Probengas-Einlaßpassage (6), die Ablenkmittel (7a, 7b) auf­ weist, um ein Probengas in deren Umfangsrichtung zirkulieren zu lassen;
• - einer mit der Probengas-Einlaßpassage (6) verbundenen Trennkam­ mer (2);
• - einer Probengas-Auslaßpassage (8), deren Eingangsöffnung inner­ halb der Trennkammer (2) einer Ausgangsöffnung der Probengas-Einlaß­ passage (6) im Abstand gegenüberliegt; und
• - einer von der Trennkammer (2) abgehenden Abgas-Auslaßpassage (3); dadurch gekennzeichnet, daß
• - als Ablenkmittel nur spiral- bzw. wendelförmig verlaufende Elemente (7a, 7b) vorhanden sind; und
• - die Trennkammer (2) konisch ausgebildet und in ihrem Spitzenbe­ reich mit der Probengas-Einlaßpassage (6) verbunden ist.

2. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probengas-Auslaßpassage (8) einen Bodenteil (3b) der Trennkammer (2) durchragt.

3. Abscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Probengas-Auslaßpassage (8) einen Durchmesser aufweist, der kleiner oder gleich dem Durchmesser der Probengas-Einlaßpassage (6) ist.