DE8307201U1 - elektrochemischer gasanalysator fuer den so(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-gehalt in gasen - Google Patents

Description

Kernforschungsanlage Julien
Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Elektrochemischer Gasanalysator für den
Gehalt in Gasen

Die Neuerung bezieht sich auf einen elektrochemischen Gasanalysator für den SO₂-Gehalt i in Gasen, insbesondere Rauchgasen, mit einer j Meßzelle mit einer die Depolarisationsströme | der zu bestimmenden Gase anzeigenden Meßelektrode | aus Kohlenstoff und einer unpolarisierbaren \ Kupfer-Gegenelektrode im gleichen Elektrolyten, j der durch die Meßgaseinleitung zu einer Zirku- i 1ationsströmung nach dem Mammutpumpenprinzip ; abgetrieben wird, die gelöstes Gas enthaltenden Elektro- lyten durch den Zwischenraum zwischen Meß- und
Gegenelektrode treibt.

Die Kontrolle des SO^-Gehaltes in Abgasen ist
gegenwärtig eine besonders wichtige meßtechnische Aufgabe. Alle bekannten bisher verfügbaren
Meßgeräte, die auf verschiedenen Prinzipien
arbeiten (Infrarot, Wärmeleitfähigkeit, UV usw.),
sind entweder zu teuer oder in sehr beschränten Meßbereichen anwendbar.

Von der Anmelderin wurde daher bereits ein elektrochemischer Gasanalysator der eingangs genannten
Art entwickelt (DE-OS 31 08 889) , mit dem der
SO_-Gehalt in Gasen sowohl ohne großen Kostenaufwand als auch über einen breiten Konzentrations- J Γ 1.665 GM I

bereich hinweg bestimmbar ist. j

I nö/ha i

Dieser, insbesondere für die Überwachung von Rauchgasen konzipierte Analysator bedarf in Anbetracht der unterschiedlichen Temperaturen, die in der Nähe von Rauchgasabzügen herrschen,

einer genauen Thermostatisierung, wenn eine j

verläßliche Aussage über den SO₂~Gehalt aufgrund !

des erzielten Meßwertes gemacht werden soll.

Es wurde nun festgestellt, daß eine solche Thermostatisierung entbehrlich ist, wenn man die Meßzelle verdoppelt und den Differenzstrom zwischen der Meßzelle und der als Referenzzelle dienenden Zweitzelle ermittelt, wobei durch die Referenzzelle SO -freies Gas, insbesondere Luft, geleitet wird. Dieses zur Ausschaltung eines Temperaturganges im Meßergebnis gewählte Konzept ist möglich, weil lediglich der kinetisch bedingte Grundstrom sehr temperaturabhängig ist, beim diffusionsbedingten Meßstrom kompensieren sich jedoch im wesentlichen die mit steigender Temperatur abnehmende Löslichkeit des SO₂ und die durch einen Temperaturanstieg bedingte Erhöhung des elektrochemischen Diffusionsstromes.

Der neuerungsgemäße Gasanalysator ist demgemäß im wesentlichen gekennzeichnet durch eine Verdoppelung der Zelle, wobei die eine als Meßzelle und die andere als Referenzzelle mit Mitteln zur Einleitung von S0_-freiem Gas zur Ermittlung der Differenz der Ströme beider Zellen als Meßwert dient.

Meß- und Referenzzelle enthalten vorzugsweise eine konzentrische Anordnung von Meß— und Gegenelektrode in einem Arm eines zweiarmigen Behälters,

dessen Arme sowohl am Behälterboden als auch am oberen Ende durch Überlauf in Verbindung stehen, während der andere Arm das in seinem unteren Bereich endende Gaseinleitungsrohr aufnimmt. Auf diese Weise wird gelöstes Gas enthaltender Elektrolyt zu einer Zirkulationsströmung und damit durch den Zwischenraum zwischen Meß- und

Gegenelektrode getrieben.

Die Rauchgase werden mittels einer Sonde und einer Gasförderpumpe am Kamin entnommen und

^ in die Meßzelle eingeleitet, wobei für die automati

sche Regelung der Gaszufuhr grundsätzlich eine Manostatanordnung vorgesehen werden kann, wie sie in der obengenannten DE-OS angegeben ist. Vorzugsweise werden die heißen Gase jedoch über einen Druckregler geschickt, der im wesentlichen durch eine Durchflußkammer mit Begrenzungswand in Form einer federbelasteten Membran gebildet wird, die auf einen Arm eines zweiarmigen Hebels wirkt, dessen anderer Arm als Drosselklappe der Gaszuführung ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise ist die Federvorspannung mittels einer Schraube regulierbar. Die Membran besteht in Anbetracht der erhöhten Temperaturen der Gase (im Bereich von 100 bis 200 ⁰C) insbesondere aus Silikonkautschuk oder gewebeverstärktem Polytetrafluoräthylen.

Nachfolgend wird die Neuerung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert; es zeigen (im Schema):

Figur 1a u. 1b eine neuerungsgemäße Doppelzelle

in Seiten- und Aufsicht;

Figur 2 eine Meßanordnung zur Ermittlung

des DifferenzStroms; Figur 3 einen Druckregler für die Gaszuleitung

und
Figur 4 die Anordnung eines Analysators am

Kamin mit Gasweg.

Bei der in Figur 1a und 1b gezeigten Doppelzelle sind Meßzelle 1 und Referenzzelle 2 in einem Block 3 untergebracht, und sie umfassen jeweils eine Elektrolysezelle 3 mit den Elektroden 4 und 5, zwischen denen vorzugsweise ein Diaphragma vorgesehen ist. In einem Zweigarm 7 zur Elektrolysezelle befindet sich ein Gaseinleitrohr 8, mit dem Meßgas bzw. Luft in den Zweigarm der Meß- bzw. Referenzzelle derart eingeleitet wird, daß eine Zirkulationsströmung in der durch Pfeile angegebenen Weise entsteht. Ober 9 wird frischer Elektrolyt zugeführt,und überschüssiger Elektrolyt und nicht gelöstes Gas verlassen die Zelle bei

In Figur 2 wird eine geeignete elektrische Schaltung gezeigt: Durch 11 und 11' sind die beiden Zellen schematisch angedeutet. (Aufbau wie in Figur 1a_f 1b). Beide Graphitelektroden 4 liegen an der gemeinsamen Spannungsquelle. Der Meß- und der Referenzstrom werden dann an einem als Differenzverstärker geschalteten Operationsverstärker 12 miteinander verglichen und eine auftretende Differenz entsprechend verstärkt. Der nachfolgend geschaltete Operationsverstärker 13 verstärkt dieses Signal auf die für das Anzeigemeßgerät 14 notwendige Spannung. Mit dem Potentiometer 15 wird unter Einleitung des gleichen Gases,

insbesondere von SO_-freiem Gas, in beide Zellen der Nullpunkt an der Anzeige eingestellt. Danach wird durch die Meßzelle ein Eichgasgemisch geleitet und mit dem Potentiometer 16 die Anzeige am Meßgerät 14 übereinstimmend mit der SO_-Konzentration des Eichgases eingestellt. Bei der eigentlichen Messung wird dann in die Meßzelle das zu überwachende Gas unter gleichen Bedingungen eingeleitet und dessen SO_-Gehalt gegenüber dem durch die Referenzzelle geleiteten Gas ermittelt.

Figur 3 zeigt einen Druckregler 17 mit einer Durchflußkämmer 13, deren eine Begrenzungswand durch eine Membran 19 aus einem nichtkorrosiven elastischen Material, das erhöhte Temperaturen aushält (wie Silikonkautschuk oder Teflon mit Gewebeeinlage) begrenzt wird. Auf die Membran wirkt eine Feder 20, deren Vorspannung mittels einer Schraube 21 eingestellt werden kann. Mit der Membran verbunden ist der Arm 22 eines zweiarmigen Hebels, dessen anderer Arm 23 ein Ventilelement 24 am Eingang der Gaszuleitung 25 aufweist. Dieses Ventilelement 24 wird insbesondere durch eine Silikonkautschukplatte vor der Auslaßöffnung 26 der Gaszuleitung gebildet. Bei 27 verläßt das Gas den Druckregler, der im übrigen eine Bohrung 28 in der Begrenzungswand über der Membran aufweist, die eine Ausbildung von Gasgegendrucken verhindert..

Figur 4 zeigt die Anordnung eines neuerungsgemäßen Gasanalysators an einem Kamin bzw. der Abgasleitung 29, aus der über die Gasentnahmesonde 30 Meßgas über die Leitung 31 mit Grob- und Feinstaubfilter 32 mittels einer Förderpumpe 33 entnommen wird.

• lit I I

Bei 34 kann über einen Mehrwegehahn Meßgas und Eichgas bzw. Reingas aufgegeben werden.

Das Gas gelangt über einen Druckregler 17 (wie in Figur 3) zu einer Doppelzelle 1,2 (wie in Figur Ia₇ 1b) in der Elektrolyt in der angedeuteten Weise im Kreislauf geführt wird, wobei der aus beiden Zellen herkommende Elektrolyt über ein SO₂-Filter 35 in einen Elektrolytvorratsbehälter 36 gelangt, von dem aus frischer Elektrolyt mit einer Elektrolytpumpe 37 zur Doppelzelle zurückgeschickt wird. Bei 38 ist die elektrische Erfassung des Differenzstroms ange- \

deutet; 39 ist ein Schreiber, und 40 deutet ein die wesentlichen Teile des Analysators umfassendes Gehäuse an (die links vom Gehäuse angedeuteten Teile 17, 30 - 34 und 41 werden soweit beheizt, daß der Taupunkt des Meßgases nicht unterschritten wird).

Claims (3)

Kernforschungsanlage -Jülich Gesellschaft mit beschränkter Haftung Schutzansprüche

1. Elektrochemischer Gasanalysator für den S0_- Gehalt in Gasen, insbesondere Rauchgasen, mit einer Meßzelle mit einer die Depolarisationsströme der zu bestimmenden Gase anzeigenden Meßelektrode

aus Kohlenstoff und einer unpolarisierbaren Kupfer-Gegenelektrode im gleichen Elektrolyten, der durch die Meßgaseinleitung zu einer Zirkulations- ! strömung nach dem Mammutpumpenprinzip angetrieben

wird, die gelöstes Gas enthaltenden Elektrolyten

\ durch den Zwischenraum zwischen Meß- und Gegenelek

trode treibt, gekennzeichnet

durch eine Verdoppelung der Zelle, wobei j die eine als Meßzelle (1) und die andere als

Referenzzelle (2) zur Ermittlung der Differenz

- der Ströme beider Zellen als Meßwert dient.

2. Gasanalysator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine konzentrische Anordnung von Meß- und Gegenelektrode (4, 5) in einem Arm (3) eines zweiarmigen Behälters (3, 7), dessen Arme sowohl am Behälterboden als auch

! am oberen Ende durch Überlauf in Verbindung

stehen, während der andere Arm (7) das Gaseinleitungsrohr (8) aufnimmt.
T 1.665 GM

ⁿ°/^ha

3. Gasanalysator nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Druckregler (17) in der Meßgaszufuhrleitung (8) mit einer Durchflußkammer (18) mit einer Begrenzuncjswand in Form einer federbelasteten Membran (19), die

auf einen Arm (22) eines zweiarmigen Hebels wirktj dessen anderer Arm (23) als Drosselklappe der Gaszuführung (25) ausgebildet ist.

A, Gasanalysator nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Schraube (21) zur Regulierung der Federvorspannung.

5. Gasanalysator nach Anspruch 3 oder 4,dadurch gekennzeichnet _r daß die .Membran (19) aus Silikonkautschuk oder gewebeverstärktem Polytetrafluoräthylen besteht.