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Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des Gehaltes eines Gas- oder
Gas-DampSGemisches an einem bestimmten Bestandteil Zur Untersuchung von Gas- oder
Gas-Dampf-Gemischen auf ihren Gehalt an einem bestimmten Gemischbestandteil sind
verschiedenartige Arten des Vorgehens bekannt. Beispielsweise die chemische Analyse
oder die Ausscheidung des betreffenden Gemischbe-Bestandteils mittels eines Absorptionsmittels
und Bestimmung der Gewichtszunahme des letzteren.
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Diese Methoden haben den Nachteil, daß die Feststellung immer nur
absatzweise erfolgen kann und die Durchführung längere Zeit in Anspruch nimmt, so
daß es nicht möglich ist, etwa einen Betriebsprozeß, z. B. die Lieferung eines Gasgemisches
mit einen ganz bestimmten Gehalt an einem Gemischbestandteil, auf Grund dieser Messungen
zu leiten.
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Ferner ist es bekannt, Veränderungen physikalischer Zustände des
Gasgemisches oder von ihm beeinflußter Körper, die durch den betreffenden seiner
Menge nach zu bestimmenuer Beetandteil verursacht werden, zur Messung der Menge
dieses Bestandteils zu verwenden.
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Hierunter fallende bekannte Verfahren sind folgende: Das auf seinen
Gehalt an einem bestiirmten brennbaren .Bestandteil zu prüfende Gasgemisch (Prüfgas)
wird durch eine einen elektrisch beheizten Glühdraht enthaltende Verbrennungskammer
geführt und die durch die hierbei erfolgende Verbrennung des betreffenden Gemischbestandteils
verursachte Temperaturerhöhung des Glühdrahtes gemessen.
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Eine Weiterausbildung dieses Verfahrens besteht darin, gleichzeitig
mit dieser Messung ein zweites, unveränderliches und unverbrennliches Vergleichsgas
an einem zweiten, ebensolchen Glühdraht entlang zu fuhren und aus den verschiedenen
Temperaturen beider Glühdrähte auf die Menge des betreffenden Gemischbestandteils
zu schließen.
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Gemäß einer Abänderung des letztgenannten Verfahrens werden nicht
die Glühdrahttemperaturen gemessen bzw. verglichen, sondern die Temperaturen besonderer,
in Röhren eingeschlossener Meßdrähte, auf welche die Glühdrähte durch Strahlung
einwirken.
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Das Prüfgas und ein Vergleichsgas werden je an einem elektrisch,
jedoch nur mäßig geheizten Draht entlang geführt und die durst die Gasströmung bewirkte
Abkühlung der Heizdrähte, die bei verschieden großer Wärmeleitfähigkeit der beiden
Gase verschieden stark ist, festgestellt.
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Zur Messung des Benzolgehaltes von Leuchtgas wird das benzolhaltige
Gas verbrannt und die Leuchtkraft der Flamme gemessen.
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Diese Leuchtkraft wird mit derjenigen eines Vergleichsgases verglichen,
welches durch Entfernen des Benzols aus dem Prüfgas gewonnen wird.
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Durch Messung des spezifischen Gewichts oder vom spezifischen Gewicht
abhängiger Wirkungen, z. 3. von Strömungskräften, des Prüfgases, sei es für dieses
allein oder im Vergleich zu dem eines Vergleichsgases, wird auf den Gehalt des Prüfgases
an bestimmten Bestandteilen geschlossen.
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Diese bekannten Methoden geben zwar Änderungen im Gehalt an dem betreffenden
Gemisehbestandteil sehr schnell an, sie sind aber ihrem Wesen nach viel weniger
genau als die ersterwähnten Methoden. Zunächst setzen diese Methoden eine Eichung
der Meßgeräte voraus, ihre Genauigkeit ist also von der Genauigkeit dieser Eichung
abhängig.
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Im allgemeinen kann man flach diesen Me- -thoden nur den Gehalt des
Prüfgases an einem ganz bestimmten Bestandteil und auch diesen nur bei im übrigen
völlig unveränderlich bleibendem Prüfgas ermitteln; dagegen führen diese Methoden
zu ganz falschen Ergebnissen, wenn sich im Verlaufe der Messung nicht nur der gesuchte
Gehalt, sondern auch die Gehalte an anderen Bestandteilen des Prüfgases ändern.
So hängt beiSpielsweise die Leuchtkraft von Leuchtgas außer vom Benzolgehalt sehr
stark auch vom Gehalt an Acetylen, äthylen, Propan, Äthan, Methan, schweren Kohlenwasserstoffen
und Kohlendioxyd ab. Wenn sich statt des Benzolgehaltes der Gehalt an einem oder
mehreren dieser anderen Stoffe ändert, würde man aus der Leuchtkraftbestimmung fälschlicherweise
auf eine Änderung des Benzolgehaltes schließens Ähnlich verhält es sich bei den
anderen Methoden; mit dem wechselnden Gehalt des Prüfgases an anderen Bestandteilen
ändert sich z.B. auch seine Wärmeleitfähigkeit und sein spezifisches Gewicht. Die'obenerwähnte
Verbrennungsmethode versagt, wenn das Prüfgas außer dem gebaltsmäßig zu bestimmenden
brennbaren Bestandteil zeitweise auch andere brennbare Bestandteile enthält.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Verfahrens und von Einrichtungen,
um den Gehalt eines Gas- oder Gas-Dampf-Gemisches an einem bestimmten Bestandteil
schnell, genau und fortlaufend bestimmen zu können und nötigenfalls ein fortlaufendes
Aufschreiben des Ergebnisses zu ermöglichen.
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Nach der Erfindung wird der Gehalt eines Gas- oder Gas-Dampf-Gemisches
(des Prüfgases) an einem bestimmten Bestandteil (Ge mischteil) auf kalorimetrischem
Wege in der Weise ermittelt, daß von zwei brennbaren Gasen, von denen das eine (Meßgas
genannt) das vollständige Prüfgas enthält, während das andere (Vergleichsgas genannt)
sich vom ersten nur dadurch unterscheidet, daß bei ihm der Gemischteil entweder
ganz fehlt oder durch eine gleiche Menge anderen Gases ersetzt ist, je bestimmte
Mengen zur Verbrennung gebracht und die hierbei frei werdenden Wärmemengen gemessen
werden und aus diesen Meßergebnissen der gesuchte Gehalt des Prüfgases am Gemischteil
festgestellt wird.
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Es ist bekannt, den Reinheitsgrad von Sauerstoff zu bestimmen, indem
ein bestimmtes unveränderliches, brennbares Gas in ganz bestimmtem, stets gleichbleibendem
Verhältnis mit dem zu prüfenden Sauerstoff gemischt und dieses Gemisch in einem
Kalorimeter verbrannt wird. Die bei dieser Verbrennung entwickelte Wärme dient als
Maß für die Reinheit des Sauerstoffes. Hierbei werden also nicht zwei in bestimmter
Weise sich voneinan der unterscheidende Gasströme einzeln zur Verbrennung gebracht
und die hierbei entwickelten Wärmemengen verglichen, sondern es wird nur ein einziger
Gasstrom (das Gemisch aus Brenngas und Sauerstoff) verbrannt und demzufolge auch
nur eine einzige Heizwertmessung vorgenommen. Es handelt sich also hierbei um ein
anderes Vorgehen als beim Verfahren nach der Erfindung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gibt nicht nur Vergleichswerte oder
auf Grund von nachträglich im Betriebe oft nur schwer oder gar nicht nachprüfbaren
Eichungen erzielte unsichere Angaben, sondern ganz exakte Meßergebnisse von hohem
Genauigkeitsgrad. Dabei sind weder Eichungen näch bestimmten Normgemischen noch
mit bestimmen Standardgeräten erforderlich. Anderungen in der Art oder Menge der
außer dem gesuchten Gemischbestandteil vorhandenen Bestandteile bleiben ohne Einfluß
auf das Meßergebnis. Das Verfahren kann auch dann Ariwendung finden, wenn der gesuchte
Bestandteil prozentual nur in geringel Menge vorhanden ist. Da das erfindungsgemäße
Verfahren
auf unmittelbarer Messung, nicht auf bloßen Wirkungsvergleichen
oder auf Eichung beruht, ergibt cs auch völlig zuverlässige Resultate.
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Das Vertahren nach der Erfindung ist nicht allein dann anwendbar,
wenn Prüfgas und Restgas gut brennbar sind, sondern auch dann, wenn ein (das Restgas)
oder auch beide Gase nicht oder nur schlecht brennbar sind.
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I. Sind sowohl das Prüfgas als auch das Restgas brennbar und hat
der Gemischteil einen HeizwertHs, der vom Heizwert 111 des Prüfgases erheblich verschieden
ist (er kann auch g]eich Null sein), so gestaltet sich das Verfahren besonders cinfach.
Mittcls eines Kalorimeters wird der Heizwert, des Prüfgases, das hierbei zugleich
Meßgas ist. und außerdem zweckmäßig mittels eines zweiten, gleichen Kalorimeters
der Heizwert 112 des Restgases, daS hierbei zugleich Vergleichsgas ist, gemessen.
Der Heizwert H3 des Gemischteils gilt als bekannt. Der gesuchte Gehalt des Prüfgases
am Gemischtcil ergibt sich H1-H2 dann zu ß = H3-H2 ia. Diese Verfahrensart ist beispielsweise
geeignet zur Bestimmung des Benzolgehaltes eines Leuchtgases. Man führt das benzotdampfhaltige
Gas einem Kalorimeter zu und bestimmt dessen Heizwert 111. Einen Zweigstrom dieses
Gases führt man durch eine Benzolabscheider und das diesem entströmende Restgas,
dem der vom Benzoldampf gebildete Gemischteil fehlt, ebenfalls zu einem Kalorimeter
und mißt damit den Heizwert H2 dieses Restgases, der infolge Fehlens des heizwertreichen
Benzoldampfes kleiner ist als der Heizwert 111. Aus diesen so bestimmten Heizwerten
und dem bekannten Heizwert 113 des Benzoldampfes ergibt sich nach obiger Gleichung
der gesuchte Benzol gehalt des betreffenden Leuchtgases.
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Ib. Soll dagegen der Gehaltß eines brennbaren Gasgemisches an einem
nicht brennbaren Gemischteil, z. B. an Kohlendioxyd C °2, bestimmt werden, so fällt
jetzt der Heizwert H2 des Restgases größer als der, Hl, des Prüfgases aus, während
der Heizwert Hs des Gemischteils gleich Null ist. Sonach ergibt sich der gesuchte
C 02-Gehalt des Brenn-H2 - H1 gases zu ß = H2 2. Hat der Gemischteil, dessen Anteil
ß bestimmt werden soll, einen HeizwertH3, der dem Heizwert H1 des brennbaren Prüfgases
nahekommt oder gleich ist, so wird als Vergleichsgas ein Gasgemisch benutzt, das
sich vom Prüfgas dadurch unterscheidet, daß bei ihm der betreffende Gemischteil
durch die gleiche Menge eines nicht brennbaren @Gases ersetzt ist und dessen Heizwert
H4 demzufolge stets kleiner als der, H1, des Prüfgases ist.
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H1-H4 Hi@@@@i wird @ H3 Da in dieser Formel außer der Differenz H1
- H4 nur die konstante Größe 113 vorkommt, ist bei dieser Art des Verfahrens diese
Differenz H, - H4 stets ein unmittelbares Maß fiir den @ gesuchten Anteil. -Diese
Verfahrensart kommt beispielsweise in Betracht zur Bestimmung des Kohlenoxyd-(CO-)
oder Wasserstoff-(H2-)Anteils in einem Mischgas, dessen Heizwert dem des Kühlenoxyds
oder Wasserstoffs angenähert gleich ist.
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3. Ist das Prüfgas oder das nach Entzug des Gemischteils verbleibende
Restgas nur schlecht oder gar nicht brennbar (letzteres beispielsweise dann, wenn
der brennbare G. mischteil eines aus brennbaren und nicht brennbaren Gasen zusammengesetzten
Prüfgases bestimmt werden soll), so werden dem Prüfgas und dem Restgas je bestimmte
Mengen eines gut brennbaren Gases (Zusatzgas hinzugefügt, so daß sich ein gut brennbares
Meßgas bzw. Vergleichsgas ergibt. Je nach der Zusammensetzung des Prüfgases und
der Art des Gemischteils (ob brennbar oder nicht brennbar) ergeben sich auch hier
wieder verschiedene Verfahrensarten.
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3a. Soll beispielsweise der Gehalt, von Bergwerksluft an Grubengasen
(in der Regel Methanj mit dem bekannten Heizwert H5 bestimmt werden, so wird einer
Volumeinheit Bergwerksluft eine bestimmte Menge br.:nnbaren Zusatzgases hinzugefügt
und die Brennwärmer, dieses so gebildeten Meßgases gemessen. Ferner wird die Breunwärme
W der gleichen Menge Zusatzgas bei dessen Verbrennung in reiner Luft ermittelt.
Der Gehalt der Bergwerksluft an Gruben gas ergibt sich W1 - W2 dann zu ß1 = H5 Diese
Verfahrensart ist der unter 2 angeführten verwandt, denn man kann sich vor stellen,
daß dort das Prüfgas aus Luft, Grubengas und Zusatzgas zusammengesetzt sei, während
beim Vergleichsgas das Gruben gas durch eine gleich große Menge Luft ersetzt sei.
Da aber das Vergleichsgas im vorliegenden Fall 3a außer dem Zusatzgas nur die keine
Brennwärme erzeugende Luft enthält, so spielt deren Anteil am Vergleichsgas keine
Rolle.
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Ast der Heizwert 116 des Zusatzgases bekannt, so erübrigt sich die
besondere Bestimmung von W2; es ist dann, wenn m die Menge des der Volumeinheit
Bergwerksluft zugesetzten Zusatzgases ist: W2 = m#H6.
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3b. Sind das Prüfgas und der Gemischanteil unbrennbar, z.B. bei der
Bestimmung des Kohlendioxyd- (CO2-) Gehaltes in Abgasen, so
setzt
man der Volumeinheit Prüfgas ; Volum einheiten brennbaren Zusatzgases zu und bildet
so ein brennbares Meßgas. Der nach Entzug des Gemischteils ß aus einer Volumeinheit
Prüfgas verbleibenden Restgasmenge setzt man ebenfalls y Volumeinheiten desselben
Zusatzgases zu und bildet hierdurch ein brennbares Vergleichsgas. Man bestimmt nun
sowohl den Heizwert 11 des Meßgases als auch den größeren Heizwert 118 des Vergleichsgases
und erhält daraus den gesuchten Gehalt des Prüfgases am Gemischteil zu HY H; @ @@
@@@@ H8 3c. Bei sehr kleinen Gemischteilgehalten ß des Prüfgases kann man die Genauigkeit
der Verfahrensart 3b steigern, indem man den aus dem Prüfgas ausgeschiedenen unbrennbaren
Gemischteil beider Vergleichsgas durch die gleiche Menge eines Gases von bekanntem,
möglichst hohem Heizvert 119 ersetzt. Ist dabei wieder Hi der Heizwert des Meßgases,
Hio der größere Heizwert des Vergleichsgases, H10 - H7 so wird jetzt ß = (1+γ)
H9 3d. Die Verfahrensart nach 3c läßt sich noch etwas vereinfachen, indem man den
aus dem Prüfgas ausgeschiedenen unbrennbaren Gemischanteil ß durch die gleiche Menge
des Zusatzgases ersetzt, so daß das Vergleichsgas aus dem Restgas von einer Volumeinheit
Prüfgas und aus ß @ y Volumeinheiten des Zusatzgases besteht. Der Heizwert dieses
Vergleichs.
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H11 - H7 gases sei H11. Dann ist ß=γ# H7 .
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Werden die Heizwerte bzw. Brennwärmemengen des Meßgases und des Vergleichsgases
je in einem besonderen Kalorimeter bestimmt, so kann der gesuchte Gehaltß des Prüfgases
am Gemischteil bei entsprechender Ausgestaltung der Meßgeräte unmittelbar angezeigt
und erwünschtenfalls in Form einer Diagrammlinie aufgeschrieben werden. Da eine
solche kalorimetrische Bestimmung fortlaufend durchgeführt werden kann und das Meßergebnis
sehr bald nach dem Einleiten des Gases in das Kalorimeter zustandekommt, vermag
diese Art der Bestimmung etwaigen Veränderungen des Gehaltes des Prüfgases an einem
bestimmten Gemischteil sehr schnell zu folgen. Es kann also beispielsweise der Betrieb
der Gaserzeugungsanlage nach dieser Anzeige so geleitet werden, daß der betreffende
Gemischteil, z. B. Benzol, Kohlendioxyd u. dgl. m., immer in bestimmter Menge oder
auch in bestimmter Mindert. oder Höchstmenge im Prüfgas enthalten ist. Andererseits
kann auch das Vorhandensein eines nicht erwünschten bestimmten Gemischteils, z.
B. Grubengas, Kohlenoxyd o. dgl., schnell festgestellt und dessen Beseitigung oder
Unschädlichmachung sogleich in die Wege geleitet werden Die Zeichnung veranschaulicht
verschiedene Beispiele von Einrichtungen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeignet sind.
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Übereinstimmende Teile sind in den Zeichnungen gleich bezeichnet,
und zwar bedeuten: 1 Kalorimeter, z Gasfördervorrichtungen (Gasmesser), 3 Wasserfördervorrichtungen
(Wassermesser), 4 Druckregler, 5 Prüfgaszuleitung, 6 Gasleitung zum Gasmesser, 7
Gasleitung vom Gasmesser zum Kalorimeterbrenner, 8 Wasserzuleitung, g Niveaugefäß
für Wassermesser, 10 Wasserleitung vom Niveaugefäß zum Wassermesser, 11 Wasserleitung
vcm Wassermesser zum Kalorimeter, 12 Kalorimeterauslauf, 13 Wasserabführung vom
Kalorimeter, 14 bis 17 Geräte zum Messen der Temperaturdifferenz in dem das Kalorimeter
durchfließenden Wasser, 18 Gasbrenner, 19 Kettenräder auf den Wellen der Gas- und
Wassermesser, 20 Kette zur zwangsläufigen Kupplung der Gas- und Wassermesser, 21
Abscheidegefäß für den Gemischbestandteil, dessen Anteil bestimmt werden soll, 22
Gerät zum Messen des Unterschiedes der Temperaturdifferenzen.
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Die Abb. 1 bis 3 teigen Einrichtungen zur Durchführung der Verfahrensarten
1a und ib.
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Bei der Einrichtung nach Abb. 1 sind zwei an sich bekannte, in allen
Teilen gleiche, selbsttätig arbeitende Kalorimeter 1' bis 20' und 1" bis 20" vorgesehen,
denen das Brenngas mittels der Gasmesser 2, 2' pnd das Wasser, auf welches die Brennwärme
des Gases übertragen wird, mittels der mit den Gasmessern gekuppelten Wassermesser
3', 3" zugeführt wird, so daß bei jedem Kalorimeter das Verhältnis Gasmenge: Wassermenge
stets gleich bleibt und daß demzufolge die Temperaturerhöhung welche das Wasser
in jedem Kalorimeter erfährt, unmittelbar ein Maß für den Heizwert des in dem betreffenden
Kalori meter zur Verbrennung gelangenden Gases ist. Diese Temperaturdifferenz kann
entweder mittels der im ein- und austretenden Wasserstrom angeordneten üblichen
Thermometer 14', 14", 15', 15" oder aber mit Hilfe von Thermoelementen 16', 16"
und elektrischen Anzeigegeräten 17', 17" gemessen werden.
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Dem Kalorimeter 1' wird unmittelba- das durch die Leitung 5 und die
Zweigleitung 6' zuströmende Prüfgas zugeführt. Dem Kalorimeter 1" wird das Gas zugeführt,
das aus der Prüfgaszuleitung 5 entnommen und durch einen in die Zweigleitung 6"
eingeschalteten Abscheider 21 hindurchgeleitet wird. Dieser Abscheider entzieht
dem Prüfgas den seiner relativen Menge nach zu bestimmenden Gemischteil, so daß
dem Brenner dieses Kalorimeters 1" ein Gas zugeführt wird, das diesen
Gemischteil
nicht enthält, das aber im übrigen genau- dem Gas entspricht, das dem Brenner des
Kalorimeters I' zugeführt wird.
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Der Unterschied der in den beiden Kalorimetern gemessenen Heizwerte
bzw. der diesen Heizwerten verhältnisgleichen Temperaturerhöhungen des Wasserstromes,
welcher ein Maß für den gesuchten Gehalt des Prüfgases am Gemischteil ist, kann
entweder aus den Angaben der Thermometer 14', 14", 15', 15" rechnerisch bestimmt
oder durch entsprechende Schaltung der Thermoelemente I6', 16" am Gerät 22 unmittelbar
gemessen werden.
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Sofern es sich immer um die Bestimmung der relativen Menge ein und
desselben Gemischbestandteils bei sonst gleichbleibendem Prüfgas handelt, kann dieses
Gerät 22 so geeic'ht werden, daß es diese relative Menge (den Gehalt) unmittelbar
anzeigt. In die Zweigleitungen 6', 6" sind Durchflußregelglieder 23', 23" eingebaut,
mittels welcher man die Gas- und mithin auch die Wasserzufuhr zu jedem Kalorimeter
so einregeln kann, daß eine möglichst große Meßgenauigkeit erzielt wird.
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Abb 2 zeigt eine Sonderanordnung der Gas- und Wassermesser der beiden
Kalorimeter 1', I", und zwar sind alle Gas- und Wassermesser zwangsläufig untereinander
gekuppelt, so daß beide Kalorimeter stets mit genau gleicher Gas- und Wasscrzufuhr
arbeiten, wodurch die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messung weiterhin erhöht
wird Alle übrigen Einrichtungen können, wie in Abb. I dargestellt, vorgesehen sein.
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Während die Einrichtung nach Abb. 1 den jederzeitigen sofortigen
Vergleich der Heizwert des Prüfgases und des Vergleichsgases und dadurch die sofortige
Bestimmung der relativen Menge eines bestimmten Gemischteils ermöglicht, dafür aber
zwei automatische Kalorimeter crfordert, zeigt Abb. 3 eine vereinfachte Ausführungsform
mit nur einem automatischen Kaiprimeter. In die Prüfgaszuleitung 5 ist hierbei ein
Vierwegehahn 24 eingeschaltet, dessen Hahnküken derart mit Kanäieff versehen ist,
daß bei der einen gestrichelt gezeichneten Stellung 1 des Verstcllhebels 25 das
Gas durch die Leitung 6 unmittelbar zum Gasmesser 2 und von dort durch Leitung 7
zum Kalorimeterbrenner 18 strömen kann. Das Kalorimeter X mißt also dann den Heizwert
des Prüfgases, der beispielsweise von einem schreibenden elektrischen Anzeigegerät
26 aufgezeichnet wird. Wird der Hebel 25 des Vierwegehahnes 24 in die voll gezeichnete
Stellung II gebracht, so strömt jetzt das Prüfgas aus der Leitung 5 zunächst -durch
den Abscheider 2I uild- dann erst zum (;asmesser 2 und weiter zum Kalorimeter 1.
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Es wir-d ilim also ' der Gemischteil, dessen relative Menge bestimmt
werden soll, entzogen. Gleichzeitig mit der Umschåltung des Hahnes 24 wird auch
ein elektrischer Schalter 27 verstellt, so daß jetzt ein anderes schreibendes Anzeigegerät
28 eingeschaltet ist, das nunmehr den Heizwert des Vergleichsgases aufschreibt.
Beide Heizwerte könnten auch nacheinander von einem Anæigegerät aufgezeichnet werden.
Der elektrische Umschalter 27 fällt dann fort. Aus dem Unterschied dieser beiden
Aufschreibungen kann auf die Größe des Anteils des im Abscheider 21 ausgeschiedenen
Bestandteils geschlossen werden.
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Da nach jeder Umschaltung das vom vorhergehenden Meßvorgang in den
Leitungen, in den Druckreglern und im Gasmesser noch vorhandene Gas erst verdrängt
werden muß, ehe das Kalorimeter richtig anzeigt, muß von jeder Aufschreibung ein
versuchsmäßig zu bestimmender Teilx unberücksichtigt bleiben.
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Die Umschaltung des Vierwegehahnes 24 und des elektrischen Schalters
27 kann entweder von Hand oder auch selbsttätig mittels einer Hilfskraft geschehen,
die von einem Uhrwerk gesteuert wird und die Umschaltung selbsttätig in bestimmten
Zeitabschnitten vornimmt.
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Eine noch größere Meßsicherheit unter gleichzeitiger wesentlicher
Verkürzung der Strecken läßt sich erreichen, wenn man für jede Gasart je eine besondere
Leitung zwischen dem Hahn 24 und dem Kalorimeterbrenner 18 je mit besonderen Druckreglern
und Gasmessern sowie einen weiteren Umschaltehahn in der Nähe dieses Brenners vorsieht,
weil dann nach dem Umschalten nicht erst das eine Gas das andere aus den Leitungen
und den darin eingebauten Geräten zu verdrängen braucht Abb. 4 zeigt eine Gas- und
Wassermesseranordnung zur Durchführung der Verfahrensart 2. Sie unterscheidet sich
von der nach Abb. 1 dadurch, daß auf der Vergleichsgasseite an Stelle eines Gasmessers
drei - Gasmesser 2b, 2c und 2" vorgesehen sind. Der Gasmesser 2b wird von dem durch
die Zweigleitung 6" zuströmenden Prüfgas durchströmt.
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Dieses Gas strömt weiter zum Ausscheidew behälter2l; 1; das verbleibende
Restgas durchströmt den Gasmesser 2". Der Gasmesser 2L ist in eine mit der Leitung
7" sich vereinigende Zuleitung 68 für ein nicht brennbares Gas eingebaut. Die Gasmesser
2a und 2" sind über ein Differentialgetriebe, gebildet von den mit den Gasmesserwellen
verbundenen Sonnenrädern62, 63 und dem im Planetengehäuse 65 gelagerten Planetenrad
64, miteinander verbunden. Die Welle des dritten Gasmessers 2 ist mittels Kegelradgetnebes
66, 67 so - an das Planetengehäuse64 allgeschlossen, daß dieser Gasmesser 2e gerade
die Differenz der die Gasmesser2a und 2" durchströmenden
Gasmengen,
d.h. eine der im Benälter 21 ausgeschiedenen Gemischteiltnenge gleiche Menge nicht
brennbaren Gases fördert. Die durch die Leitung 7" zum Kalorimeter strömende Gasmenge
ist sonach gleich der durch den Gasmesser 2b strömenden Gasmenge; dieser Gasmesser
2s ist mittels Kettentriebes 19", 20" mit dem Wassermesser 3" zwangsläufig gekuppelt,
so daß das an die Leitung 7" angeschlossene Kalorimeter den Heizwert des ihm zuströmenden
Gasgemisches mißt..Im übrigen gleicht die Einrichtung derjenigen nach Abb. 1.
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Abb. 5 zeigt eine Einrichtung mit zwei automatischen Kalorimetern
zur Durchführung der Verfahrensart 3a, also 'beispielsweise zur Feststellung eines
Grubengasgehaltes im ausziehenden Wetterstrom eines Bergwerks. Aus dem den Schacht
31 durchziehenden Wetterstrom wird mittels eines vom Motor 33 angetriebenen Gebläses
32 ein kleiner Teil angesaugt und über einen Luftmengenmesser 34 und Leitung 35'
der geschlossenen Verbrennungskammer36' des Kalorimeters 1' zugeführt. Der Brennkammer
36" des anderen Ealorimeters Itt wird durch die Leitung 35" reine Luft zugeführt
Den Brennern 18', 18" beider Kalorimeter 1', 1" wird aus der gemeinsamen Zuleitung
5 über die Zweigleitungen 6', 6", die Gasmessei2', 2" und die Leitungen7', 7" irgendein
brennbares Gas (Zusatzgas), dessen Heizwert nicht bekannt zu sein braucht, zugeführt.
Damit der Zustand der Luft hinsichtlich Temperatur und Feuchtigkeit bei beiden Kalorimetern
genau gleich ist, sind in die Luftzuleitungen 35', 35" Luftbefeuchter 37', 37" eingebaut,
in welchen die durchströmende Luft mittels Wasserstrahlen mit Feuchtigkeit gesättigt
und auf eine bestimmte Temperatur gebracht wird. Hierzu dient zwecksmäßig das von
den Niveaugefäßen 9', 9" abfließende Wasser. Der Luftmesser 34 wird mit dem Gasmesser
2' beispielsweise mittels einer Kette 38 zwangsläufig so gekuppelt, daß das Verhältnis
der dem Kalorimeter 1' zugeführten Zusatzgasmenge zu der ihm zngeführtenWetterluftmenge
einen ganz bestimmten, konstant bleibenden Wert aufweist. Enthält die Wetterluft
einen brennbaren Bestandteil, so wird das Kalorimeter I' einen höheren (scheinbaren)
Heizwert des Zusatzgases anzeigen als das Kalorimeter 1", das den wahren Heiiwert
des Zusatzgases mißt. Der Unterschied dieser Heizwerte, der am Gerät 22 abgelesen
oder von diesem aufgeschrieben werden kann, ist sonach ein Maß für den Gehalt der
Wetterluft an brennbaren Bestandteilen (Grubengas). bb. 6 zeigt eine dem gleichen
Zweck wie Abb. 4 dienende Einrichtung, die aber vereinfacht ist und nur ein einziges
automatisches Kalorimeter aufweist. Der dem Kalorimeter 1 zuzuführende Wetterluftstrom
wird von einem zwangsläufig fördernden Gebläse 40 aus dem Schacht 31 angesaugt und
durch die Leitung 35 der geschlossenen Brennkammer 36 des Kalorimeters I zugeführt.
Das Gebläse 40 wird von einem Motor 33 angetrieben und steht mittels einer von Ketten
und Kettenrädern gebildeten Untersetzung 41 mit dem Gas- und Wassermesser2, 3 des
Kalorimeters so in zwangsläufiger Verbindung, daß Zusatzgas-und Wetterluftmenge
wiederum in einem ganz bestimmten, konstant bleibenden Verhältnis zueinander stehen.
Als Zusatzgac wird hierbei ein Gas von bekanntem Heizwert benutzt. z. B. reiner
Wasserstoff, reines Kohlenoxyd o.dgl., so daß man auf die Bestimmung dieses Heizwertes
in einem zweiten Kalorimettr verzichten kann. Die Abweichung des vom Gerät I7 angezeigten
(scheinbaren) Heizwertes von dem bekannten Heizwert des Zusatzgases ist sonach ein
Maß für den Gehalt der Wetterluft an brennbaren Bestandteilen.
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Steht ein Gas won bekanntem Heizwert nicht zur Verfügung, so kann
man auch bei dieser Einrichtung ein beliebiges brennbares Gas benutzen, indem man
die Einrichtung, ähnlich wie an Hand der Abb. 3 beschrieben, absatzweise so betreibt,
daß das eine Mal dem Kalorimeter die Wetterluft, das andere Mal reine Luft zugeführt
wird. Hicrzu braucht nur, wie in Abb. 7 gezeigt, in die Luftzuführungsleitung 35
ein Dreiwegehahn 42 eingeschaltet werden. der je nach seiner'Einstellung entweder
bei der mit vollen Linien gezeichneten Stellung 1 des Handhebel§ 43 den WetterschachtgI
oder bei der gestrichelt gezeichneten Stellung II des Handhebels 43 die Luft der
Umgebung über den Stutzen 44 mit der Verbrennungskammer 36 des Kalorimeters 1 verbindet.
Ein Luftbefeuchter 37 sorgt auch hier dafür, daß die Luft in beiden Fällen immer
genau gleiche Temperatur und gleiche r,euchtigkeit aufweist. Aus dem Unterschied
der Meßangaben des Kalorimeters vor und nach Umschaltung des Haimes 43 kann auf
den Gehalt der Wetterluft an brennbaren Bestandteilen geschlossen werden.
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Abb. 8 zeigt eine Einrichtung zur Durchführung der Verfahrensart
3b. Auf der Meßgasseite (links) sind zwei Gasmesser 2' und 2" und ein Wassermesser
3' angeordnet und durch Kettengetriebe 20' 50' zwangsläufig miteinander gekuppelt,
daß das Verhältnis der die Gasmesser durchströmenden Gasmengen zueinander und das
Verhältnis der Wassermenge zur Summe dieser Gasmengen konstant bleibt.
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Auf der Vergleichsgasseite (rechts) sind drei Gasmesser 2a, 2a" und
2" und ein Wassermesser 3" angeordnet. Die Gnsmesser2» und
2a" sind
durch ein Kettengetriebe 70, der Gasmesser 2" und der Wassermesser 3" durch ein
Kettengetriebe 20" zwangsläufig verbunden.
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Das (unbrennbare) Prüfgas strömt durch Leitung 5 und die Zweigleitungen
6' und 6" zu den Gasmessern 2' und 2b. Vom Gasmesser 26 strömt das Gas zum Abscheider
21 und weiter zum Gasmesser 2". Durch die Leitung 75 und die Verzweigungen 76',
76" wird den Gasmessern 2a' und 2a1, brennbares Zusatzgas zugeführt. Dieses Zusatzgas
vereinigt sich auf der Meßgasseite mit dem vom Gasmesser 2' kommenden Prüfgas zum
Meßgas, aus der Vergleichsgasseite mit dem vom Ausscheider 21 kommenden Restgas
zum Vergleichsgas, das den Gasmesser 2" durchströmt.
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Dem Vergleichsgas fehlt also gegenüber dem Meßgas der im Abscheider
21 ausgeschiedene Gemischteil. Meßgas und Vergleichsgas werden durch die Leitungen
7' bzw.
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7" zu den Kalorimetern geführt, die wie im Beispiel nach Abb. 1 angeordnet
sein können.
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Abb. 9 zeigt die Vergleichsgasseite einer Einrichtung zur Durchführung
der Verfahrensart 3c; die Meßgasseite ist dabei ebenso wie im Beispiel nach Abb.
8 ausgestaltet. Es sind vier Gasmesser 2a", 2b, 2c und 2" und ein Wassermesser 3"
vorgesehen. Das durch die Leitungen 5 und 6" zuströmende Prüfgas durchströmt zunächst
den Gasmesser 21" sodann den Ausscheider 21 und dann den Gasmesser 2". Das durch
die Leitungen 75 und 76" zuströmende Zusatzgas vereinigt sich nach Durchströmung
des Gasmessers 2a" mit dem vom Gasmesser 2" kommenden Restgas. Der Gasmesser 2 ist
an eine Zufuhrleitung 68 für ein zweites, vorzugsweise besonders heizwertreiches
Zusatzgas angeschlossen; das ihn verlassende Gas wird ebenfalls dem vom Gasmesser
2" kommenden Restgas beigefügt. Das Restgas und beide Zusatzgase bilden das Vergleichsgas
und strömen durch die Leitung 7" zum Kalorimeter. Die Gasmesser 2b, 2c und 2" sind
in der -an Hand- der Abb. 4 beschriebenen Weise über ein Differentialge. triebe
62 bis 67 so miteinander verbunden, daß der Gasmesser2c die Differenz der die Gasmesser
2b und 2" durchströmenden Gasmengen fördert, so daß die durch die Leitung 7" zum
Kalorimeter strömende Gasmenge gleic'h der Summe der die Gasmesser 2b und 2att durchströmenden
Gasmengen ist. Der Wassermesser ist mittels der Kettengetriebe 20" so mit den letztgenannten
Gasmessern zwangsläufig verbunden, daß seine Wasserförderung dieser Summe beider
Gasmengen und mithin auch der durch Leitung 7" abströmenden Gasmenge verhältnisgleich
ist.
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Zur Durchführung der Verfahrensart 3d -braucnt bei der Einrichtung
nach Abb. 9 nur der Gasmesser 2c an die Zufuhrleitung 75 für das Zusatzgas angeschlossen
zu werden.
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An Stelle der bei den bisher beschrieenen Einrichtungen vorgesehenen
Einzelgeräte (Stromkalorimeter und mit umlaufenden Abmeßgliedern ausgestattete Gas-
und Wassermeßgeräte) können zur Durchführung des neuen Verfahrens auch andere Einzelgeräte
benutzt werden. Beispiele hierfür, und zwar in einer zur Durchführung der Verfahrensarten
pa oder ib geeigneten Anordnung zeigen die Abb. 10 und 11.
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Beim Beispiel nach Abb. 10 werden die Stromkalorimeter durch einfachere,
auf dem Prinzip der Wärmedehnung beruhende Geräte ersetzt. Das Prüfgas wird dem
Gasmesser 2', das Vergleichsgas, welches durch Ausscheiden des Gemischteils aus
dem Prüfgas gebildet ist, dem Gasmesser 2" zugeführt. Beide Gasmesser sind mittels
einer Kupplungseinrichtung 20 zu genau gleicher Gasabgabe je Zeiteinheit gc zwungen.
Von dort strömt das Gas zu den Brennern 18', 18". Diese Brenner sind am unteren
Ende je eines langen Rohres 45', 45" angeordnet, derart, daß die Brenngase diese
Rohre durchziehen und - erhitzen. Die Rohre sind durch Schutzmäntel 46', 46" gegen
Wärmeabgabe nach außen möglichst weitgehend geschützt. An die oberen Enden der Rohre
sind die oberen Enden von in der freien Luft liegenden Stäben 47', 47" angeschlossen,
die parallel zu den Rohren ver-]aufen und die mit ihren unteren Enden an Schwinghebeln
48', 48" angreifen. Die Schwinghebel sind an den unteren Enden der Rohre 45', 45"
gelagert und tragen Zalmbögen, die in Verzahnungen je einer Stange 49'. 49" eingreifen.
Diese Stangen sind in Führungen So, 51 parallel zueinander und zu den Rohren 45',
45" geführt: eine der Stangen trägt ein Zahnrad ei mit Zeiger 52 und eine Kreisskala
53, die andere Stange greift mit einer Verzahnung in das Zahnrad 51 ein.
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Der Zeiger 52 zeigt also auf der Kreisskala 53 die relative gegenseitige
Verschiebung der Zahnstangen 49', 49" an. Die Einrichtung wirkt derart, daß dasienige
Rohr 45' bzw. 45", dem in der Zeiteinheit mehr Brennwarme zugeführt wird, sich stärker
ausdehnt als das andere, so daß der Zeiger 52 dann einen entsprechenden Ausschlag
macht. Dicser Ausschlag ist sonach ein Maß für den Gehalt der Gasmischung an einem
bestimmten Ge mischbestandteil, der im Abscheider 21 ausge schieden wurde.
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Bei dem Beispiel nach Abb. 11 sind die üblichen, mit ständig umlaufenden
Abmeßgliedern ausgestatteten Gas- und Wassermesser durch andere, ebenfalls selbsttätig,
aber, absatzwcise arbeitende Geräte ersetzt. Das vom
Niveaugefäß
g kommende Wasser fließt einem Einlaufrohr 55 zu und verteilt sich dort auf die
Rohre 11', 11", die zu den Kalorimetern 1', t" führen, und auf die Rohre 56', 56",
an welche Gefäße 57', 57" mit ihren unteren Enden angeschlossen sind. Die oberen
Enden dieser letztgenannten Gefäße sind mittels Gasleitungen 7', 7" mit den Kalorimeterbrennern
18', 18" verbunden und führen außerdem je zu einem als Rückschlagventil wirkenden
Flüssigkeitsverschluß 58', 58". An diese Verschlüsse sind die Gaszuleitungen 6',
6" angcschlossen, die beide aus der Prüfgaszuleitung 5 gespeist werden: in die Zuleitung
6" ist ein Abscheider 2 für den Gemischteil, dessen relative Menge bestimmt werden
soll, eingeschaltet. Die das erwärmte Wasser vom Ka-Kalorimeter fortführenden Leitungen
12', 1,2" sind an Gefäße 59'. 59" angeschlossen, welche mit den Leitungen 56', 56"
je über einen Quecksilberverschluß 60', 60" verbunden sind.
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An das Einlaufgefäß 55 ist ferner ein Heber 61 angeschlossen. Die
Gefäße 57', 57" tragen an beiden Enden Hähne, so daß sie nach Belieben an die Leitungen
56', 56" und 7'. 7" angeschlossen oder davon abgeschaltet werden könnten. Es kann
natürlich eine beliebige Anzahl solcher Gefäße 57', 57" vorgesehen sein.
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Die Einrichtung wirkt wie folgt: Es sei angenommen, daß der Heber
61 das Wasser aus den Gefäßen 55, 57 59 abgesaügt hat; die Gefäße 57 sind demzufolge
mit dem durch die Leitungen 6', 7' und 6", 7" zugeführten Gas gefüllt. Das dauernd
zuströmende Wasser steigt in den Gefäßen an und verdrängt jetzt das Gas aus den
Gefäßen 57 durch die Leitungen 7'. 7" zu den Kalorimeterbrennern 18', 18" Dic Verschlüsse
58'. 58" sind hierbei abgeschlossen. so daß alles verdrängte Gas den Kalorimetern
zuströmen muß. Gleichzeitig strömt das Wasser durch die Kalorimeter und stcigt in
den Gefäßen 59', 59" an, und zwar in genau gleichem Maße wie in den Gefäßen 57,
da diese Gefäße rniteinander kommunizieren. Die Gaszufuhr zu den Kalorimetern ist
sonach der Wasserzufuhr genau verhältnisgleich. Dieses Verhältnis kann durch Zu-
und Abschalten einzelner Gefäße 57 jc nach Bcdarf verändert werden. Hat das Wasser
das obere Ende der Gefäße 59 erreicht, so tritt der Heber 61 in Wirkung und saugt
das Wasser aus allen Gefäßen so lange ab. bis der Wasserspiegel an der Hebereinmündung
angelangt ist. Während dieses Wasserabsaugens strömt frischcs Gas in die Gefäße
57 nach, und auch die Kalorimeterbrenner 18', 18" bleiben weiter in Tätigkeit. Dann
wie derholt sich, das Spiel von neuem. Die Mes-Sung der Temperaturdii't'erenzen
kann hierbei nur in den Zeiträumen erf'>lgen. in denen das Gas aus den Behältern
57 verdrängt wird