DE8431623U1

DE8431623U1 - Gasmeßgerät

Info

Publication number: DE8431623U1
Application number: DE19848431623
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-10-27
Filing date: 1984-10-27
Publication date: 1986-12-18

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum quantitativen Bestimmen von Komponenten einer Gasmischung.

In der Deutschen Patentanmeldung 26 03 044 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei welchem man eine Kohlendioxid enthaltende Gasmischung über ein geeignetes Adsorptionsmittel leitet, CO-adsorbiert und durch Messung des Differenzdruckes zwischen Ausgangsgasmischung und der den Adsorber verlassenden Gaszusammensetzung die Menge an CO- bestimmt.

Bei der dort beschriebenen Vorrichtung wird mit einer Schubstangen-Kolbenpumpe eine durch Kolbenweg und Kolbenquerschnitt festgelegte Gasmenge über den Adsorber geleitet und in den Zylinder der Pumpe zurückgesogen. Aus dem Pumpenvolumen und einem an den Adsorber angeschlossenen Druckmeßgerät läßt sich über die durch die Fehlmenge verursachte Druckminderung mittels einer geeichten Skala der Anteil an CO₂ ermitteln.

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Diese Vorrichtung ist in mehrfacher Hinsicht nachteilig. Zum einen muß die Kolbenbewegung mehrfach wiederholt werden, «m sicher zu gehen, daß der gesamte COj-Anteil adsorbiert wird, die Messung dauert daher relativ lange. Geringe Verschiebungen im Kolbenweg und dessen Antrieb beeinflussen das Meßergebnis, es muß daher regelmäßig das Gerät geeicht werden.

Neben der Vermeidung weiterer Nachteile hat sich die vorliegende Erfindung daher die Aufgabe gestellt, die Meßzeit wesentlich zu verkürzen und unabhängig von mechanischen Gegebenheiten der Gasförderpumpe jederzeit sicher zu sein, daß das zum Messung herangezogene Volumen reproduzierbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß die Förderpumpe in einem Hohlkörper mit vorgegebenem freien Volumen angeordnet ist, daß über Ventile mit der zu messenden Gasquelle und der Umgebung sowie mit dem Adsorberrohr über einen Leitungskreis verbindbar und daß die Druckmeßeinheit ein Piezo-Quarz-Druckwandler mit daran angeschlossenem Anzeigegerät ist, der über eine Druckleitung und den Leitungskreis mit dem Hohlkörper verbindbar ist.

Auf diese Weise können störende Einflüsse durch die Pumpe, wie z.B. nichtkonstante Förderleistung oder Leckagen vollkommen ausgeschlossen werden.

Die Funktion ist dabei folgende:

Der Hohlkörper steht über die Ventile zunächst eingangsseitig mit der Gasquelle (Kamin) und ausgangsseitig mit der Umgebung in Verbindung. Die Pumpe, die saugseitig mit der

Gasquelle verbunden lsi:, wird in Betrieb genommen und fördert beliebige Mengen in den Behälter und spühlt ihn derart mit frischem, zu messendem Gas.

Dadurch, daß die Pumpet im Behälter angeordnet ist, ergeben sich gegenüber dem Hohlkörper selbst enge Querschnitte und somit höhere Gasgeschwiniigkeiten, wodurch der Spülvorgang unterstützt wird.

Nachdem der Hohlkörper mit zu analysierendem Gas gefüllt ist, werden die Ventile auf Kreisverbindung mit dem Adsorber geschaltet, wobei die Verbindungen mit der Gasquelle und der Umgebung gesperrt sind.

Die Pumpe fördert nun das Gas im Kreislauf über das Adsorbermaterial, wobei die mengenmäßig zu bestimmende Komponente gebunden wird. Dadurch entsteht proportional zum Partialdruck dieser Komponente ein Unterdruck im System, der unmittelbar auf den Druckgeber einwirkt. Das Druckgebersignal (Piezokristall) kann über A/D Wandler digitalisiert und abgelesen werden.

Die Messung selbst verläuft überraschend schnell. Bei einer Förderleistung der Pumpe von 70 l/h und einem freien Hohlkörpervolumen von 25 cm³ werden sicher reproduzierbare Meßwerte unter Berücksichtigung des Sptilvorganges schon innerhalb weniger Sekunden erhalten. Es versteht sich dabei, daß, um Verfälschungen durch Kontraktionen zu vermeiden, das Leitungssystem und die Gefäße starr ausgelegt werden sollten.

Die vorbeschriebene Vorrichtung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß sie in einfacher Weise mit einer Kalibrier-

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Vorrichtung ausgestattet werden kann.

Dazu ist lediglich erforderlich, an den Leitungskreis bzw. an die Zuleitung zum Druckwandler eine weitere separate Pumpe anzuschließen, die im System einen vorgebbaren Unterdruck erzeugt. Im einfachsten Falle ist dies eine mit einem einstellbaren Anschlag versehene Kolbenpumpe, wobei der Kolben in seinem Zylinder zurückgefahren wird und so einen auf den Druckwandler wirkenden Unterdruck erzeugt.

Dieser kann mit Hilfe von Eichgas justiert werden. Dazu ist lediglich erforderlich, das System einmalig auf das Prüfgas (im Falle von CO₂ üblicherweise 15 Vol%) zu eichen, wobei der Kolben in seiner vorderen, keinen Unterdruck bewirkenden Stellung verbleibt. Nach erfolgter Eichung wird im System der Atmosphärendruck durch öffnen der Ventile hergestellt und diese wieder verschlossen. Danach wird der Kolben soweit in den Zylinder zurückgezogen, bis der angezeigte Wert mit dem des Prüfgases übereinstimmt. In dieser Stellung wird ein Anschlag für den Kolben verriegelt.

Bei erneutem Betätigen des Kolbens ist auf diese Weise vor der Durchführung von Messungen die Geräteanzeige sehr genau zu überprüfen.

Der Kolben kann vorteilhaft über ein Gestänge durch das die Vorrichtung umgebende Gehäuse nach außen geführt werden und so durch Zug bewegt werden.

Dabei ist darauf zu achten, daß der Kolben vor der eigentlichen Messung zurückgefahren wird, um durch Veränderung des konstaten, durch das System,bestehend aus Behälter, Adsorber

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und Leitungen vorgegebenen Volumens entstehende Meßfehler zu vermeiden.

Die vorliegende Erfindung läßt sich auch in vorteilhafter Weise zur Messung anderer Drücke, wie z.B. zur Bestimmung des Kamminzuges (im Bereich von ca. 1/100 mb) in Feuerungsanlagen nutzen. Dazu ist lediglich erforderlich, einen durch ein eigenes Vencil absperrbaren Anschluß an das Leitungssytem vorzusehen, an den eine Meßsonde anschließbar ist.

Bei höherer Unterdrücken kann ebenso wie beim Messen des Kaminzuges durch Druckstöße eine Meßungenauigkeit auftreten, die im ersteren Falle durch die Elastizität der Wandungen des Leitungs- und Gefäßsystems bedingt sein kann und die sich im zweiten Falle durch eine Schwankung der Anzeige bemerkbar macht.

Um diesen Einfluß auszuschalten,wird erfindungsgemaß vorgeschlagen, in das Leitungssystem vorzugsweise vor dem Druckwandler und hinter dem Kaminzuganschluß ein Kompensationsgefäß zu integrieren.

überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß die Meßgenauigkeit dadurch gesteigert werden kann. Vorzugsweise sollte das Kompensationsgefäß dabei ein Volumen aufweisen, daß dem zweifachen des freien Volumens des die Pumpe beherbergenden Behälters entspricht.

Eine weitere Verbesserung der Meßgenauigkeit, insbesondere der Wirksamkeit des Adsorbers kann dadurch erreicht werden,

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daß im Adsorberrohr etwa mittig ein Verteiler mit längs dessen Achse verteilten Austrittsöffnungen angeordnet ist.

Durch diese Maßnahme gelingt eine gleichmäßige und widerstandsärmere Verteilung des Gases über die Adsorberoberflache, j so daß der Verbrauch des Materials gleichmäßiger eintritt. Auf diese Weise sind ohne weiteres mindestens 500 Messungen bei durchschnittlich 10 % CO- im zu messenden Gas mit 1Cg Gramm Adsorbermaterial (Äznatron, Äzkali) durchführbar.

An dieser Stelle ist zu erwähnen, daß mit der vorliegenden Erfindung sehr leicht eine Funktionstüchtigkeitsprüfung des Adsorbers vorgenommen werden kann.

Dazu ist nach erfolgter Messung der Umpumpvorgang des zu analysierenden Gases über den Adsorber zu wiederholen. Sollte sich dabei die Anzeige verändern, so gibt dies darüber Auskunft, daß das Material verbraucht ist.

Sämtliche Ventile sind vorzugsweise als Magnetventile ausgelegt, teils als zwei-Wege, teils als drei-Wege-Ventile.

Für die Gewährleistung einer auf lange Seit ausgelegten Konstanz der Parameter der Vorrichtung wird vorgeschlagen, als Pumpe im Hohlkörper eine Verdrängerpumpe anzuordnen, die vorzugsweise eine Kohleschieberpumpe sein kann, da die Kohleschieber gegen aggressive Gasbestandteile relativ unempfindlich sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich insgesamt dadurch aus, daß sie besonders leicht programmgesteuert herstellbar ist.

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Der Anwender hat lediglich den Meßgasanschluß vorzunehmen und den Programmablauf einzuschalten. Nach kurzer Zeit ( ~ 40 see) kann digital der Volumenprozentanteil des adsorbierten Gases abgelesen werden. Um einen Überblick über die Anzahl der durchgefahrten Messungen zu sichern wird vorgeschlagen, ein Zählwerk am Gerät zu installieren.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch eine extrem hohe Meßgenauigkeit aus.

Im Falle der Anwendung bei Abgasmestfungen von Feuerungsanlagen, läßt sich so der Wirkungsgrad der Verbrennung über die genaue Erfassung des CO₂-Anteils (und des Kaminzuges) zuverlässig ermitteln, wodurch der Brenner besser optimiert werden kann.

Das Gerät ist bei Wahl anderer spezifisch wirkender Adsorber auch zur Feststellung anderer Gaskomponenten durch Austausch des Adsorbereinsatzes in einfacher Weise umrüstbar. Die Zeileitung zum Gerät weist ein Staubfilter auf.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der beiliegenden Figur näher erläutert.

Die Pumpe 1 befindet sich in dem Hohlkörper 2. Das Volumen des Hohlkörpers kann dabei z.B. 60 cm³, das verbleibende freie Volumen etwa 23 cm³ bei einer Fördergeschwindigkeit von 70 1 Gas/Stunde betragen.

Über den Leitungskreis 17 ist der Hohlkörper bzw. die Förderpumpe (Kohleschieber-Pumpe) an das Adsorberrohr 5 beidendig angeschlossen. Im Adsorberrohr 5 befindet sich der Verteiler 12, der längs seiner Achse angeordnete Austrittsöffnungen 13 aufweist. Das Adsorberrohr 5 ist mit dem Sorbens gefüllt

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(im Falle der Anwendung auf CO- Äzkali- oder Natron auf Silikatträger), das den koaxial angeordneten Verteiler umgibt.

über ein Magnet-Dreiwegeventil 3 und den Filter 16 ist die Förderpumpe saugseitig mit der Gasquelle verbindbar und absperrend auf den Leitungskreis 17 umstellbar. Ebenso ist das Dreiwege-Magnetventil 4 mit der Umgebung oder mit dem Leitungskreis 17 verbindbar. Durch den Stutzen 23 fördert die Pumpe 1 das Meßgas in den Hohlkörper 1. über die Leitung 10 steht der Druckwandler (Piezo-Quarz) mit dem Leitungskreis 17 bzw. über diesen mit dem Hohlkörper 2 in Verbindung.

Z.B. zur Messung des Kaminzuges einer Feuerungsanlage ist eine Leitung 19 vorgesehen, die in die Leitung 10 mündet. Die Leitung 19 ist über das Zweiwege-Magnetventil 18 zu sperren.

Ebenfalls an die Leitung 10 angeschlossen und damit mit dem Hohlkörper 2 verbindbar, ist die separate Pumpe 7 mit Kolben 8 und Gestänge 9. Diese ist mittels des Handgriffs 20 betätigbar und weist einen verstellbaren Anschlag 21 gegen die Wandung 22 auf.

Vorzugsweise der Leitung 19 nachgeordnet, mündet Leitung 10 in ein Kompensationsgefäß 11, dessen Volumen vorzugsweise 2 &khgr; V Hohlkörper ist (120 cm³).-, an das der Druckwandler 6 über einen eigenen Abschnitt der Leitung 10 anschließbar ist.

Mit dem Druckwandler verbunden sind der Analog-Digital-Wandler 14 und das Digital-Anzeigegerät 15.

Claims

1.)

Vorrichtung zum quantitativen Bestimmen von Komponenten einer Gasmischung, insbesondere zur Bestimmung des mengenmäßigen Anteils von Kohlendioxid im Abgas einer Feuerungsanlage, wobei das Gas über einen die zu bestimmende Komponente bindenden Adsorber geleitet wird und der dabei entstehende Differenzdruck als MaB für den Komponentenanteil dient, bestehend aus einer Förderpumpe und einem an diese angeschlossenen Rohr mit einer Adsorberfüllung sowie einer daran angeschlossenen Druckmeßeinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderpumpe (1) in einem Hohlkörper (2) mit vorgegebenem freien Volumen angeordnet ist, der über Ventile (3) mit der zu messenden Gasquelle und (4) der Umgebung sowie mit dem Adsorberrohr (5) über einen Leitungskreis verbindbar, und daß die Druckmeßeinheit ein Piezo-Quarz-Druckwandler mit daran angeschlossenem Anzeigegerät ist, der über eine Druckleitung (10) und den Leitungskreis mit dem Hohlkörper (2) verbindbar ist.

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2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, daß an den Leitungskreis eine separate Pumpe (7) zur 'Erzeugung eines definierten einstellbaren Unterdrucks zur
jederzeit vor oder nach der Durchführung einer Messung abruf baren Druckwertes angeschlossen ist.

3.) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die separate Pumpe (7) eine Kolbenpumpe ist.

4.) Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß sie von einem Gehäuse umgeben ist und daß der Kolben (8) der Pumpe (7) über ein Gestänge (9) nach außen geführt ist.

5.) Vorrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß an die zum Wandler (6) führende Leitung (10) eine
Sonde zur Messung von iünter)Drücken, wie z.B. des
Kaminzugs einer Feuerungsanlage anschließbar ist,

6.) Vorrichtung, nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß an die Leitung (10) ein Kompensationsgefäß (11) angeschlossen oder in dieser zwischengeschaltet ist.

7.) Vorrichtung nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß im Absorberrohr (5) etwa mittig ein Verteiler (12) mit längs dessen Achse verteilten Austrittsöffnungen (13) angeordnet ist.

8.) Vorrichtung nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (3;4) Magnetventile sind.

9.) Vorrichtung nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (1) eine Verdrängerpumpe, vorzugsweise eine Kohle-Schieberpumpe ist.

lötvorrichtung nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß an den Wandler (6) ein Analog-Digitalwandler (14) und an diesen ein Digitalanzeigegerät (15) angeschlossen ist.

11.) Vorrichtung nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (1) und die Magnetventile (3; 4) programmsteuerbar sind.

12.) Vorrichtung nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Zählgerät für die Anzahl der durchgeführten Messungen aufweist.

13.) Vorrichtung nach Anspruch 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Kompensationsgefäßes (11) etwa doppelt so groß ist, wie das des Hohlkörpers (2).

14.) Vorrichtung nach Anspruch 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung des Adsorberrohres (5) aus Natriumhydroxid auf Silikatteilchen besteht.

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15.) Vorrichtung nach Anspruch 1 - 14,dadurch gekennzeichnet, daß in den Zuleitungen für Kaminzug ein Staubfilter (16) angeordnet ist.