DE9011259U1 - Vorrichtung zur Messung der Trübung von Rauchgas - Google Patents

Description

GR 90 G 5066 DE Üi Siemens Aktiengesellschaft

Vorrichtung zur Messung der Trübung von Rauchgas 5

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Trübung von Rauchgas.

Bei Vorrichtungen der obigen Art, welche meist nach dem optisehen Prinzip arbeiten, ist eine Abstrahleinrichtung zur Erzeugung eines den Rauchgasstrom durchsetzenden Meßstrahles und eine in der Regel gegenüberliegende Empfangseinrichtung zur Auswertung der durch die Rauchgastrübung hervorgerufenen Abschwächung des Meßstrahles vorhanden. Hierbei besteht zum einen das Problem, daß zur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Funktionsfähigkeit des Gerätes bei hoher Genauigkeit dafür Sorge getragen werden muß, daß zumindest die vom Meßstrahl durchsetzten Oberflächenbereiche auf der Abstrahl- und der Empfangseinrichtung nicht verschmutzen. Wird die Meßvorrichtung z.B. verwendet zur überwachung der Abgase von insbesondere nach dem Diesel bzw. Zweitaktprinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine, so wird die Rauchgastrübung hauptsächlich durch feinste, verteilte Rußpartikel hervorgerufen. Der Rauchgasstrom bzw. die Rußpartikel sind nicht immer vollständig trocken, sondern u.U. mit Wasserdampf bzw. einem ölnebel vermischt. Es besteht somit die Gefahr, daß die vom Meßstrahl durchsetzten Oberflächenbereiche auf der Abstrahl- und der Empfangseinrichtung innerhalb kürzester Zeit verschmutzen, und somit die Meßergebnisse verfälscht werden. Es besteht auch die Gefahr, daß sich die Rußpartikel aufgrund von elektrostatischer Anziehung auf den insbesondere aus Glas bestehenden Oberflächenbereichen der Abstrahl- und Empfangseinrichtung niederschlagen. Ferner kann im Rauchgas enthaltener Wasserdampf auf den Oberflächenbereichen kondensieren.

Mie/Bih - 27.07.1990

2 GR 90 G 3065 OE 01 Meßvorrichtungen der obengenannten Art enthalten häufig ein Meßrohr, dem das Rauchgas über eine Sonde bevorzugt in der Rohrmitte zugeführt wird. Das Rauchgas durchströmt dabei meist zumindest in Form einer Nebenströmung das Meßrohr. 5

Hierbei sind zumindest zwei Prinzipien der Rauchgasführung bekannt. Bei einer ersten, nach dem sogenannten Vollstromprinzip arbeitenden Vorrichtung, tritt das Rauchgas geradlinig, d.h. ohne jegliche Umlenkungen, durch einen sogenannten Vollstromadapter hindurch und kann an dessen Ende unbehindert ins Freie entweichen. Das Meßrohr ist bevorzugt in einem Winkel von 90" so mit dem Vollstromadapter verbunden, daß der Meßstrahl zwischen Abstrahl- und Empfangseinrichtung die Rauchgashauptströmung durch den Vollstromadapter durchsetzt. In der Regel breiten sich auch sogenannte Rauchgasnebenstromungen durch das Meßrohr selbst aus, und gelangen an einem bzw. beiden Enden des Meßrohres ins Freie. Bei einer zweiten, nach dem sogenannten Teilstromprinzip arbeitenden Vorrichtung wird das Rauchgas über eine sogenannte Teilstromsonde dem Meßrohr bevorzugt in der Rohrmitte zugeführt. Hierdurch wird der Rauchgasstrom in zwei separate, auf die Meßrohrenden gerichtete Rauchgasströme aufgeteilt.

Das Rauchgas wird somit nicht am Ende des Rauchgaserzeugers selbst, z.B. einer Kamin- bzw. Auspuffeinrichtung, bzw. nach dessen freiem Austritt in die Atmosphäre untersucht, sondern muß speziell ausgebildete Strömungskanäle einer Meßvorrichtung durchqueren, welche bevorzugt unmittelbar an dem Rauchgasaustritt des Rauchgaserzeugers angeordnet sind. Hierdurch wird der Strömung ein zusätzlicher Strömungswiderstand entgegengesetzt, welcher insbesondere bei kleinen bzw. pulsartig wechselnden Strömungsgeschwindigkeiten auf den Rauchgaserzeuger selbst zurückwirkt. Ein derartiger Rückstau kann aber zumindest die Funktionsfähigkeit des Rauchgaserzeugers beeinträchtigen. Wird die Meßvorrichtung beispielsweise zur überwachung der Abgase von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt,

3 GP S-O Ü H066 OE Ül so müssen insbesondere bei nach dem Diesel-Prinzip arbeitenden und mit einem Abgasturbolader versehenen Verbrennungskraftmaschinen derartige Abgasrückstauungen vermieden werden. Es muß somit dafür gesorgt werden, daß das zu überwachende Rauchgas sowohl bei niedrigen als auch hohen Strömungsgeschwindigkeiten, und auch beim Auftreten von plötzlichen starken Strömungsgeschwindigkeitsänderungen, die Meßvorrichtung in jedem Fall rückstaufrei durchqueren und an deren Ende in die Umgebung austreten kann.
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Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung anzugeben, bei der die oben angegebenen Probleme auf besonders vorteilhafte Weise überwunden werden.

Die Aufgabe wird gelöst mit Hilfe der in den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 4 angegebenen Vorrichtungen. Bevorzugte Ausführungsformen der Neuerung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die neuerungsgemäße Vorrichtung enthält Mittel zur Erzeugung mindestens eines Spülluftstromes.

Die erste Ausführung gemäß Anspruch 1 ist so gestaltet, daß der Spülluftstrom zumindest den vom Meßstrahl durchsetzten Oberflächenbereich auf der Abstrahl- bzw. Empfangseinrichtung jeweils vom Rand zum Zentrum gerichtet umströmt. Hierdurch wird besonders vorteilhaft eine den optisch aktiven Oberflächenbereich der Abstrahl- bzw. Empfangseinrichtung umspulender und bevorzugt davon weggerichteter Spülluftstrom erzeugt. Hiermit kann eine Verschmutzung der optisch aktiven Oberflächenbereiche selbst dann vermieden werden, wenn der Rauchgasstrom nahezu direkt und frontal auf den jeweils vom Meßstrahl durchsetzten Oberflächenbereich der Abstrahl- bzw. Empfangseinrichtung gerichtet ist.

4 GR 90 C- 3066 DE 01 Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Neuerung enthalten die Mittel zur Erzeugung des Spülluftstromes eine Luftleitkappe. Diese umfaßt jeweils den vom Meßstrahl durchsetzten Oberflächenbereich der Abstrahl- bzw. Empfangseinrichtung zumindest teilweise so, daß der anströmende Spülluftstrom möglichst radialsymmetrisch vom Randbereich auf das Zentrum des Oberflächenbereiches gelenkt wird, und von dort um die Achse des Meßstrahles herum abströmt. Eine derartige, von der Spülluft hinterströmte und gemäß einer weiteren Ausführungsform bevorzugt einen rotationssymmetrischen Strömungshohlkörpers bildende Luftleitkappe hat den besonderen Vorteil, daß eine gleichmäßig verteilte, radialsymmetrische und möglichst auf die optische Achse des Meßstrahles gerichtete Spülluftströmung nahezu unmittelbar auf der Oberfläche des vom Meßstrahl durchsetzten Oberflächenbereiches erzeugt wird. Ist zudem die Luftleitkappe auf einer der Zuführung der Spülluft abgewandten Seite bevorzugt ringförmig stark verengt, so wird die von hinten anströmende Spülluft bei ihrem Austritt um die optische Achse des Meßstrahles herum strahlförmig gebündelt. Dieser abströmende Spülluftstrahl ist dem anströmenden Rauchgas bevorzugt direkt entgegengerichtet. Hierdurch wird eine Verschmutzung der vom Meßstrahl durchgesetzten Oberflächenbereiche selbst bei sehr großen Rauchgasströmungsgeschwindigkeiten mit Sicherheit verhindert. Eine derartige Luftleitkappe schirmt zudem den jeweiligen Oberflächenbereich zumindest im Randbereich auch direkt mechanisch vor dem anströmenden Rauchgas ab .

Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Neuerung enthalten die Mittel zur Erzeugung des Spülluftstromes eine Luftleithülse. Diese umfaßt jeweils zumindest die Abstrahl- und die Empfangseinrichtung so, daß der Spülluftstrom in Richtung auf dem vom Meßstrahl durchsetzten Oberflächenbereich von hinten zugeführt wird. Eine derartige, bevorzugt ebenfalls einen rotationssymmetrischen Strömungshohlkörper bildende Luftleithülse hat den besonderen Vorteil, daß die

5 Gn ?n G 3006 PE 01 Spülluftströmung schon vor Erreichen des vom Meöstrahl durchsetzten Oberflächenbereiches die jeweilige Abstrahl- bzw. Empfangseinrichtung der Meßvorrichtung möglichst tangential umströmt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Abstrahl- bzw. die Empfangseinrichtung selbst einen zylindrisch gestreckten Körper aufweist, dessen eines Ende den vom MeG-strahl durchsetzten Oberflächenbereich bildet. Durch Verwendung der Luftleithülse kann der Spülluftstrom dem zylindrischen Körper an einem dem optisch aktiven Oberflächenbereich entgegengesetzten Ende von hinten zugeführt werden. Hierdurch wird eine direkt auf den sauberzuhaltenden, optisch aktiven Oberflächenbereich und die Luftleitkappe gerichtete, konzentrierte Spülluftströmung erreicht. Desweiteren wird die Spülluftströmung durch die Luftleithülse so lange vor einer Durchmengung mit dem Rauchgas abgeschirmt, bis die Spülluft nach der die Reinigungswirkung erzeugenden Umströmung des optisch aktiven Oberflächenbereiches von diesem weggerichtet abströmt.

Das Vorhandensein von Luftleithülsen um die Abstrahl- und die Empfangseinrichtung herum hat desweiteren den besonderen Vorteil, daß diese unabhängig voneinander den zur Sauberhaltung ihres optisch aktiven Oberflächenbereiches notwendigen Spülluftstrom selbst erzeugen können. Hierzu enthalten die Mittel zur Erzeugung des Spülluftstromes gemäß einer weiteren Ausführung der Neuerung je einen, hinter der Abstrahl- bzw. Empfangseinrichtung bevorzugt direkt an der jeweiligen Luftleithülse angebrachten Ventilator. Die Abstrahl- und die Empfangseinrichtung bilden somit gemeinsam mit der dazugehörigen Luftleitkappe, der Luftleithülse und dem Ventilator jeweils eine separate Baueinheit. Diese erzeugt den notwendigen Spülluftstrom autark insbesondere durch Direktentnahme von Frischluft aus der Umgebung mit Hilfe des jeweiligen Ventilators.

Verfügt die Meßvorrichtung über ein Meßrohr, dem das Rauchgas über eine Sonde bevorzugt in der Rohrmitte zugeführt wird, so so können die obengenannten, jeweils eine separate Baueinheit

6 CR 90 ü ZC66 DC 01 bildenden Abstrahl- bzw. Empfangseinrichtungen unmittelbar direkt an den beiden, bevorzugt gegenüberliegenden Austrittsenden des Meßrohres angebracht werden. Hierdurch kann zum einen auf weitere Gehäusekörper zur Führung des Rauchgases bzw. der Spülluftströmungen verzichtet werden. Desweiteren ist der Rauchgasstrom insbesondere bei einer nach dem sogenannten Teilstromprinzip arbeitenden Meßvorrichtung zur Erhöhung der Meßgenauigkeit so gerichtet, daß er möglichst auf das Zentrum des vom Meßstrahl durchsetzten Oberflächenbereiches auf der Abstrahl- bzw. Empfangseinrichtung zuströmt.

Bei der zweiten Ausführung der Neuerung gemäß dem nebengeordneten Anspruch 4 sind die Mittel zur Erzeugung mindestens eines Spülluftstromes derart ausgebildet, daß diese den Spülluftstrom der Abstrahl- bzw. Empfangseinrichtung so zuführen, daß dieser im Bereich der vom Meßstrahl jeweils durchsetzten Oberflächenbereiche wieder in die Atmosphäre abströmt. Eine derartige Anordnung hat den besonderen Vorteil, daß das der Trübungsmessung unterzogene Rauchgas aufgrund der Unterstützung durch den Spülluftstrom in jedem Fall rückstaufrei in die Umgebung abgefördert wird. Hierdurch werden Betriebsstörungen beim Rauchgaserzeuger vermieden, da die neuerungsgemäße Meßvorrichtung aufgrund der vorhandenen Mittel zur Spülluftstromerzeugung dem Rauchgasstrom am Rauchgasaustritt des Rauchgaserzeugers keinen nennenswerten zusätzlichen Strömungswiderstand entgegen setzt. Da der Rauchgasstrom somit durch die Meßvorrichtung nahezu nicht beeinflußt wird, kann das Rauchgas am Ausgang der Meßvorrichtung nahezu so entweichen, wie es bei NichtVorhandensein der Meßvorrichtung direkt am Ausgang des Rauchgaserzeugers entweichen würde. Dies hat den weiteren Vorteil, daß keine, die Meßgenauigkeit beeinträchtigenden Verdünnungen bzw. Rückstauungen des Rauchgasstromes insbesondere bei kurzzeitig stark schwankender bzw. relativ niedriger Rauchgasströmungsgeschwindigkeit auftreten. Es sind somit keine vom Meßgerät selbst hervorgerufenen, das Meßergebnis verfälschenden und von der normalen Rauchgasdichte unzulässig abweichen-

7 G-R SO G 30Of PE Ol den Partikeldichteschwankungen zu befürchten.

Der neuerungsgemäße Spülluftstrom wird gemäß einer weiteren Ausführungsform besonders vorteilhaft mit Hilfe zusätzlicher Luftleitkappen geführt, von denen jeweils eine zumindest die Abstrahl- bzw. Empfangseinrichtung umfaßt. Hierdurch kann der Spülluftstrom der Abstrahl- bzw. Empfangseinrichtung in Richtung auf den jeweils vom Meßstrahl durchsetzten Oberflächenbereich von hinten zugeführt werden. Dies hat den Vorteil, daß der Spülluftstrom besonders konzentriert geführt wird, und direkt im Bereich des vom Meßstrahl jeweils durchsetzten Oberflächenbereichs, diesen bevorzugt vollständig umfassend, wieder in die Atmosphäre abströmen kann. Aufgrund der gezielten Luftführung wird die rauchgasabfördernde Wirkung des Spülluftstromes besonders begünstigt. Eine optimale Abförderungswirkung tritt dann auf, wenn gemäß weiteren Ausführungsformen die Luftleithülse einen möglichst symmetrisch zur Meßstrahlachse angeordneten rotationssymmetrischen Strömungshohlkörper bildet, und desweiteren bei Führung des Rauchgasstromes mittels eines Meßrohres die jeweilige Luftleithülse das zugewandte Austrittsende des Meßrohres bevorzugt trichterförmig erweitert und einen direkten Rauchgasaustritt in die Atmosphäre bildend umfaßt. Durch eine derartige, düsenförmige Erweiterung des Luftleithülsenendes wird aufgrund der Strömung der Spülluft in dem Zwischenraum zwischen dem Austrittsende des Meßrohres und der diesen umfassenden Erweiterung ein Unterdruck erzeugt. Dieser begünstigt die rückstaufreie Abförderung des Rauchgases aus dem Zwischenraum. Wird gemäß weiteren Ausführungsformen ein bevorzugt drehzahlregulierbarer Ventilator zur Spüllufterzeugung eingesetzt, so kann der im Einzelfall für eine möglichst unbeeinflußte, d.h. rückstau- und verdünnungsfreie Rauchgasabförderung benötigte Unterdruck genau vorgegeben werden. Besonders vorteilhaft kann in diesem Fall die Ventilatordrehzahl der jeweils vorliegenden Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgases nachgeführt werden. Beispielsweise bei einer Verbrennungskraftmaschine als Rauchgaserzeuger kann die Ven-

8 GH 90 G 3ut>£ DE Oi tilatordrehzahl direkt oder indirekt mit der Motordrehzahl gekoppelt sein.

Besonders vorteilhaft werden die zur Reinhaltung der vom Meßstrahl durchsetzten, optisch aktiven Oberflächenbereiche auf der Abstrahl- bzw. Empfangseinrichtung und die zur insbesondere rückstaufreien Rauchgasabförderung aus der Meßvorrichtung dienenden Maßnahmen in Kombination miteinander verwendet. Dies trifft insbesondere auf den gleichseitigen Einsatz einer an einem Ende bevorzugt trichterförmig erweiterten Luftleithülse und einer den jeweiligen, optisch aktiven Oberflächenbereich umfassenden Luftleithülse zur Spülluftführung zu. Durch eine derartige Anordnung wird der jeweilige Abstrahl- bzw. Empfangseinrichtung bevorzugt tangential von hinten eine einheitliche Spülluftströmung zugeführt. Dies teilt sich dann im Bereich der jeweiligen Luftleitkappe in zwei Teilströmungen auf. Die eine Teilströmung hinterspült die jeweilige Luftleitkappe und verhindert somit durch möglichst radialsymmetrische Umströmung eine Verschmutzung des optisch aktiven Oberflächenbereiches.

Die zweite Teilströmung dagegen läuft an der Luftleitkappe vorbei und tritt über die bevorzugt trichterförmig erweiterte Öffnung der Luftleithülse, einen abfördernden Unterdruck erzeugend, in die Atmosphäre aus.

Die Neuerung wird desweiteren mit Hilfe der in den nachfolgend kurz angeführten Figuren beispielhaft dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:

FIG 1 beispielhaft eine in Form einer separaten Baueinheit ausgeführte Abstrahleinrichtung zur Erzeugung eines den Rauchgasstrom durchsetzenden Meßstrahles, mit einer Luftleithülse und einer damit verbundenen Luftleitkappe, welche den Spülluftstrom im wesentlichen zum Zwecke der Reinhaltung der optisch aktiven Oberflächenbereich führen,

9 GR 90 G 3066 DE 01 FIG 2 beispielhaft eine Abstrahleinrichtung zur Erzeugung eines den Rauchgasstrom durchsetzenden Meßstrahles, mit einer an einer dem Austrittsende des Meßrohres zugewandten Seite bevorzugt trichterförmig erweiterten Luftleithülse, welche den Spülluftstrom im wesentlichen zum Zwecke der

zumindest rückstaufreien Rauchgasabförderung führt, FIG 3 eine Kombination der in den Figuren 1 und 2 beispielhaft dargestellten Abstrahleinrichtungen, mit einer bevorzugt trichterförmig erweiterten Luftleithülse und einer separaten Luftleitkappe, welche den Spülluftstrom sowohl zum Zwecke der Reinhaltung der optisch aktiven Oberflächenbereiche als auch zum Zwecke der zumindest rückstaufreien Rauchgasabförderung führen,

FIG 4 eine nach dem "Teilstromprinzip" arbeitende Meßvorrichtung in perspektivischer Darstellung,

FIG 5 eine nach dem "Vollstromprinzip" arbeitende Meßvorrichtung in perspektivischer Darstellung, und

FIG 6 eine nach dem "Teilstromprinzip" arbeitende Meßvorrichtung in Schnittdarstellung.
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In FIG 1 ist beispielhaft eine Abstrahleinrichtung MSK zur Erzeugung eines den Rauchgasstrom RS durchsetzenden Meßstrahles MS dargestellt. Diese enthält eine bevorzugt aus einem zylindrischen Körper bestehende Sendeoptik SO, die beispielsweise eine Sendediode SD und eine Strahlungsoptik ST zur Fokussierung des Lichtstrahles enthält. Der vom Meßstrahl durchsetzte Oberflächenbereich an dem einen Ende des Körpers der Sendeoptik wird bevorzugt durch ein planparalleles Frontglas FF gebildet. Die in FIG 1 beispielhaft dargestellte Abstrahlvorrichtung erzeugt einen optischen Lichtstrahl im sichtbaren oder im infraroten Wellenlängenbereich. Es ist dabei ohne Einschränkung möglich, auch eine nach einem anderen physikalischen Prinzip arbeitende, einen nicht optischen, z.B. radiometrischen, Meßstrahl erzeugende Vorrichtung im Inneren der Abstrahleinrichtung MSK unterzubringen.

10 GR 90 G 3066 DE 01 Neuerungsgemäß enthält die Meßvorrichtung Mittel zur Erz6cugung und Führung eines Spülluftstromes. Gemäß einer ersten Ausführung ist hierzu der vom Meßstrahl durchsetzte Oberflächenbereich FF zumindest teilweise von einer Luftleitkappe LK umfaßt. Diese lenkt den bevorzugt von hinten zugeführten Spülluftstrom SL so, daß dieser den Oberflächenbereich FF möglichst radialsymmetrisch vom Randbereich auf das Zentraum gerichtet umströmt, und von dort möglichst um die Achse OA des Meßstrahles herum abströmt. In der in der FIG 1 beispielhaft dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist die Luftleitkappe LK symmetrisch zur Achse OA des Meßstrahles angeordnet. Sie stellt einen bevorzugt rotationssymmetrischen Strömungshohlkörper dar, der von hinten mit Spülluft SL angeströmt wird und diese an den Kanten des bevorzugt zylindrischen Körpers der Sendeoptik SO möglichst radialsymmetrisch auf das näherungsweise mit der optischen Achse OA zusammenfallende Zentrum des Frontglases FF umlenkt. Die Luftleitkappe ist bevorzugt auf der, der Zuführung der Spülluft SL abgewandten Seite ringförmig stark verengt. Durch eine im Bereich des Zentrums des Frontglases befindliche Öffnung in der Luftleitkappe strömt die Spülluft SL bevorzugt in Form eines gebündelten Strahles in einer vom Oberflächenbereich FF abgewandten Richtung ab. Dies hat den Vorteil, daß selbst in dem in der FIG 1 dargestellten Fall, bei dem der Rauchgasstrom RS nahezu direkt auf das Zentrum des vom Meßstrahl MS durchsetzten Oberflächenbereiches FF gerichtet ist, eine Verschmutzung des Frontglases FF aufgrund der gegeneinander gerichteten Strömungen der Spülluft SL und des Rauchgases RS verhindert wird.

Bei der in FIG 1 dargestellten Ausführungsform der neuerungsgemäßen Meßvorrichtung ist desweiteren eine Luftleithülse SLH vorhanden. Diese umfaßt den restlichen Bereich des bevorzugt zylindrischen Körpers der Sendeoptik SO und stößt bevorzugt zwischen raumfrei direkt an die Luftleitkappe LK an. Mit Hilfe einer derartigen Luftleithülse kann der Spülluftstrom insbesondere unbeeinträchtigt von dem auf die Abstrahleinrichtung

11 GR 90 G 3C66 DE 01 MSK gerichteten Rauchgasstrom RS von hinten zugeführt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist an dem, dem optisch aktiven Oberflächenbereich FF abgewandten Ende des bevorzugt zylindrischen Körpers der Sendeoptik SO ein Ventilator V mit einem Ventilatormotor VM und Ventilatorflügeln VF angeordnet. Das offene Ende des Ventilators dient dabei unmittelbar als Spüllufteintritt SE.

Die in der FIG 1 dargestellte, besonders vorteilhafte und neuerungsgemäß aus einer Luftleitkappe LK, einer bevorzugt damit verbundenen Luftleithülse SLH und einem direkt angeflanschten Ventilator V bestehende Abstrahleinrichtung MSK bildet eine kompakte, autarke Baueinheit. Ein derartiger Meßsendekopf MSK erzeugt den zur Reinhaltung des vom Meßstrahl MS durchsetzten Oberflächenbereiches FF benötigten Spülluftstrom SL auf besonders einfache Weise, ohne daß hierzu aufwendige Gehäuse und weitere Strömungskörper notwendig sind. Zudem kann die Spülluft dem Körper der Sendeoptik SO bevorzugt tangential von hinten so zugeführt werden, daß sich nach Umlenkung mit Hilfe der Luftleitkappe LK eine optimale und ein Höchstmaß an Reinhaltung des Frontglases FF sicherstellende radiale Umströmung der Sendeoptik ergibt.

Aufgrund der Kompaktheit des sich neuerungsgemäß ergebenden Sendekopfes MSK ist es besonders vorteilhaft möglich, diesen bevorzugt mittels Schraubbolzen B unmittelbar an einem Austrittsende AEl eines vom Rauchgas RS durchströmten Meßrohres MR anzubringen. Gemäß der Darstellung von FIG 1 ist somit die Rauchgasströmung RS unmittelbar auf das Frontglas FF der Sendeoptik SO gerichtet. Dementgegen wirkt der aus der Öffnung um die optische Achse OA in der Luftleithülse LK austretende Spülluftstrom SL. Beide Strömungen treffen im Zwischenraum zwischen dem Meßsendekopf MSK und dem Austrittsende AEl des Meßrohres MR aufeinander und treten radial nach außen gerichtet in die Umgebung aus. Dieser Zwischenraum ist somit ein in der FIG 1 mit Pfeilen dargestellter Austritt RA für das Rauchgas.

12 GR 90 G 3066 DE Gl FIG 2 zeigt eine zweite vorteilhafte Ausführung der neuerungsgemäßen Vorrichtung. Im Gegensatz zur Ausführung von FIG 1 ist hier keine Luftleitkappe vorhanden. Vielmehr wird der Spülluftstrom SL bevorzugt unter Zuhilfenahme einer den Spülluftstrom führenden Luftleithülse SLH der dargestellten Abstrahleinrichtung so zugeführt, daß er im Bereich des vom Meßstrahl MS durchsetzten, optisch aktiven Oberflächenbereiches FF wieder in die Umgebung abströmt. Hierdurch ist es neuerungsgemäß möglich, daß insbesondere auch bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten bzw. bei starken Geschwindigkeitsänderungen der aus dem Austrittsende AEl des Meßrohres MR austretenden Rauchgasströmung RS diese in jedem Fall zumindest rückstaufrei aus dem Meßrohr MR und dem Zwischenraum zwischen dem Austrittsende AEl und dem Oberflächenbereich FF in die Umgebung abgefördert werden kann. Bei der Ausführung von FIG 2 ist zudem das dem Austrittsende AEl des Meßrohres MR zugewandte Ende HE vorteilhaft bevorzugt trichterförmig erweitert. Eine derartig aufgebaute Luftleithülse umfaßt somit nicht nur den Körper der Sendeoptik SO, sondern zumindest auch den Raum zwischen der Sendeoptik SO und dem Austrittsende AEl des Meßrohres MR. Es ist somit durch das erweiterte Hülsenden HE gerade der Bereich umschlossen, in dem die beiden aufeinander gerichteten Strömungen des Rauchgases RS und des Spülluftstromes SL aufeinander treffen. In diesem Fall bildet also das erweiterte Hülsenende HE einen Austritt für das Rauchgas RA. Dieses düsenartig erweiterte Hülsenende ermöglicht es, den Unterdruck zur Abförderung des Rauchgases aus dem Zwischenraum zwischen dem Austrittsende AEl und dem Oberflächenbereich FF auf besonders wirksame Weise zu erzeugen.

Die in FIG 3 dargestellte Ausführungsform stellt eine besonders vorteilhafte Kombination der in den vorangegangenen Figuren 1 und 2 enthaltenen Vorrichtungen dar. Diese enthält sowohl eine Luftleitkappe LK zur oberflächenreinhaltenden Führung des Spülluftstromes, als auch eine auf einer Seite offene Luftleithülse SLH zur rauchgasabfördernden Führung des Spülluftstromes. Dabei wird der bevorzugt über den Ventilator V und die Luftleithülse

13 GR 90 G >O66 DE 01 SLH von hinten zugeführte Spülluftstrom SL bei Auftieffen die Luftleitkappe LK in einen äußeren und einen inneren Spülluftstrom SLl, SL2 aufgeteilt. Der innere Spülluftstrom SL2 hinterspült in der obenbeschriebenen Weise die Luftleitkappe LK und dient zur Verhinderung der Verschmutzung des Frontglases FF. Der äußere Spülluftstrom SLl dagegen entweicht durch das bevorzugt düsenartig erweiterte Hülsenende HE unmittelbar über den Rauchgasaustritt RA in die Atmosphäre. Aufgrund der Erweiterung des Endes HE der Luftleithülse SLH erzeugt der äußere Spülluftstrom SLl bei seinem Austritt einen besonders wirksamen Unterdruck. Dieser sorgt neuerungsgemäß dafür, daß insbesondere auch bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten der aus dem Austrittsende AEl des Meßrohres MR austretenden Rauchgasströmung RS diese in jedem Fall zumindest rückstaufrei über den Rauchgasaustritt RA in die Umgebung abgefördert wird. Die neuerungsgemäße Vorrichtung gemäß der FIG 3 hat somit den besonderen Vorteil, daß mit Hilfe einer einzigen, zugeführten Spülluftströmung SL sowohl eine vollständige Sauberhaltung des vom Meßstrahl durchsetzten Oberflächenbereiches FF der Abstrahleinrichtung, als auch eine zumindest rückstaufreie Abförderung des Rauchgases RS aus der gesamten Meßvorrichtung bewerkstelligt wird.

Vorteilhaft ist der Ventilator 4 drehzahlregulierbar ausgeführt. Hierdurch kann die im Einzelfall für eine möglichst unbeeinflußte, d.h. rückstau- und verdünnungsfreie Rauchgasabförderung benötigte Spülwirkung des Spülluftstromes genau dosiert werden. Besonders vorteilhaft kann in diesem Fall die Ventilatordrehzahl der aktuell vorliegenden Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgases nachgeführt werden.

In FIG 4 ist beispielhaft eine nach dem sogenannten Teilstromprinzip arbeitende Vorrichtung zur Messung der Trübung von Rauchgas perspektivisch dargestellt, welche über je einen neuerungsgemäß ausgeführten Meßsendekopf MSK und einen Meßempfangskopf MEK verfügt. Die gesamte Meßvorrichtung ist über

14 GR 90 G 3066 D-I 01 eine höhenverstellbare Haltevorrichtung HV an einem Ständer ST angebracht. Sie besteht im wesentlichen aus einem Meßrohr MR, dem bevorzugt in der Rohrmitte über eine sogenannte Teilstromsonde TS das zu überprüfende Rauchgas zugeführt wird. Wird die Meßvorrichtung beispielsweise zur Überprüfung der Abgase von Kraftfahrzeugen verwendet, so wird ein an der Teilstromsonde TS befindlicher und als Rauchgaseintritt RE dienender flexibler Anschlußschlauch in den Abgasstutzen des Kraftfahrzeuges eingeführt. Das hierdurch dem Meßrohr MR zugeführte Rauchgas teilt sich in zwei Strömungen RS auf, welche auf den an je einem der beiden gegenüberliegenden Austrittsenden des Meßrohres angebrachten Meßsendekopf MSK bzw. Meßempfangskopf MEK zulaufen. Neuerungsgemäß dient der bevorzugt trichterförmig erweiterte Bereich des Meßsendekopfes bzw. Meßempfangskopfes, welcher das jeweilige Ende des Meßrohres umfaßt, als Rauchgasaustritt RA. Desweiteren dient das dem Rauchgasaustritt gegenüberliegende Ende eines jeden Meßkopfes als Spüllufteintritt SE.

In der FIG 5 ist eine entsprechende, nach dem sogenannten Vollstromprinzip arbeitende Meßvorrichtung dargestellt. Auch hier sind an den Enden eines Meßrohres MR jeweils ein gemäß der Neuerung aufgebauter Meßsendekopf MSK bzw. Meßempfangskopf MEK angebracht. Das Rauchgas wird hierbei über einen Rauchgaseintritt RE in einen sogenannten Vollstromadapter VS geleitet. Dieser durchquert das Meßrohr MR nahezu in der Mitte und bevorzugt unter einem Winkel von 90*. Der Großteil des Rauchgases durchquert den Vollstromadapter VS in Form einer Hauptströmung RHS, welche an dessen Ende über einen Rauchgas-Hauptaustritt RHA unbehindert in die Atmosphäre austritt. An den Verbindungsstellen des Vollstromadapters mit dem Meßrohr wird je eine Rauchgas-Nebenströmung RNS abgezweigt, welche im Meßrohr MR auf die beiden gegenüberliegend an den Meßrohrenden angebrachten Meßköpfe MSK und MEK zuläuft. Hierbei dienen wiederum die neuerungsgemäß bevorzugt trichterförmig erweiterten und das jeweilige Ende des Meßrohres MR umfassenden Enden des jeweiligen Meßkopfes als ein Rauchgas-Nebenaustritt RNA.

15 GR 90 G 3066 DE Ql FIG 6 zeigt schließlich eine nach dem Teilstromprinzip arbeitende Meßvorrichtung in Schnittdarstellung. Das Rauchgas wird dabei dem Meßrohr MR bevorzugt in der Mitte über eine Teilstromsonde TS und einen als Rauchgaseintritt RE dienenden, bevorzugt flexiblen Anschlußschlauch zugeführt. Im Meßrohr teilt sich der Rauchgasstrom auf in jeweils einen auf die gegenüberliegenden Austrittsenden AEl, AE2 zulaufenden Teilströmungen. Neuerungsgemäß ist jedes Austrittsende des Meßrohres vom bevorzugt trichterförmig erweiterten Ende HE der Luftleithülse SLH eines Meßsende- bzw. Meßempfangskopfes unter Bildung eines direkten Rauchgasaustrittes RA umfaßt. In FIG 6 dient beispielsweise der obere Meßkopf als ein Meßsendekopf MSK, und der untere Meßkopf als ein Meßempfangskopf MEK. In beiden Meßköpfen ist jeweils mit strichlierter Linie der bevorzugt zylindrische Körper der jeweiligen Sendeoptik SO bzw. Meßoptik MO dargestellt. Desweiteren sind ebenfalls in strichlierter Linie die den jeweiligen optisch aktiven Oberflächenbereich FF zumindest teilsweise umfassenden Luftleitkappen LK dargestellt. Die Ventilatoren V an den Enden des jeweiligen Meßkopfes dienen zugleich als Spüllufteintritt SE. Die bevorzugt jeweils eine separate Baueinheit bildenden Meßköpfe erzeugen mit Hilfe der jeweiligen Ventilatoren getrennt voneinander gerade den Spülluftstrom SL, welcher am jeweiligen Austrittsende AEl, AE2 des Meßrohres MR benötigt wird, um zum einen eine Verschmutzung des Frontglases FF zu vermeiden, und zum anderen auch bei niedrigen Geschwindigkeiten des Rauchgasstromes RS eine ausreichende, rückstaufreie Abförderung über den Rauchgasaustritt RA zu gewährleisten.

Die neuerungsgemäße Vorrichtung ist besonders geeignet zur Verwendung bei der Messung der Partikelemission in den Abgasen von insbesondere nach dem Dieselprinzip arbeitenden, stationären oder in einem Fahrzeug befindlichen Verbrennungskraftmaschinen. Generell kann aber die neuerungsgemäße Vor- richtung uneingeschränkt auch zur Messung der Trübung von

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andersartig erzeugtem Rauchgas, z.B. in einer Hausbrand-Heizungsanlage, verwendet werden.

Claims (1)

17 GR 90 G 30C6 DE OI Schutzansprüche

1. Vorrichtung zur Messung der Trübung von Rauchgas, mit einer Abstrahleinrichtung (MSK,SO) zur Erzeugung eines den Rauchgasstrom (RS) durchsetzenden Meßstrahles (MS) und einer Empfangseinrichtung (MEK,MO) zur Auswertung der durch die Rauchgastrübung hervorgerufenen Abschwächung des Meßstrahles (MS), und mit Mitteln (V,SLH,HE,LK) zur Erzeugung mindestens eines Spülluftstromes (SL;SL1,SL2), welcher zumindest den vom Meßstrahl (MS) durchsetzten Oberflächenbereich (FF) auf der Abstrahl- bzw. Empfangseinrichtung (MSK,SO;MEK,MO) jeweils vom Rand zum Zentrum (OA) gerichtet umströmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -

kennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung des Spülluftstromes (SL₅SLl,SL2) eine Luftleitkappe (LK) enthalten, welche jeweils den vom Meßstrahl (MS) durchsetzten Oberflächenbereich (FF) der Abstrahl- bzw. der Empfangseinrichtung (MSK, MEK) zumindest teilweise so umfaßt, daß der anströmende Spülluftstrom (SL,SL2) möglichst radialsymmetrisch vom Randbereich auf das Zentrum des Oberflächenbereiches (FF) gelenkt wird, und von dort um die Achse (OA) des Meßstrahles (MS) herum abströmt (FIG 1 oder 3).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Luftleitkappe (LK) einen rotationssymmetrischen Strömungshohlkörper bildet, welcher möglichst symmetrisch zur Achse (OA) des Meßstrahles angeordnet und auf einer der Zuführung der Spülluft abgewandten Seite bevorzugt ringförmig stark verengt ist (FIG 1 oder 3).

A. Vorrichtung zur Messung der Trübung von Rauchgas, insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Abstrahleinrichtung (MSKjSO) zur Erzeugung eines den Rauchgasstrom (RS) durchsetzenden Meßstrahles (MS) und einer Empfangseinrichtung (MEK,MO) zur Auswertung der durch die Rauchgastrü-

18 GR 90 G 306< DE 01 bung hervorgerufenen Abschwächung des Meßstrahles (MS), und mit Mitteln (V,SLH,HE,LK) zur Erzeugung und Führung mindestens eines Spülluftstromes (SL;SL1,SL2), welche den Spülluftstrom der Abstrahl- bzw. Empfangseinrichtung (MSK,SO₅MEK,MO) so zuführen, daß dieser im Bereich der vom Meßstrahl (MS) jeweils durchsetzten Oberflächenbereiche (FF) wieder in die Atmosphäre abströmt.

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung des Spülluftstromes (SL;SL1,SL2) Luftleithülsen (SLH) enthalten, von denen jeweils eine zumindest die Abstrahl- bzw. Empfangseinrichtung (SO,MO) so umfaßt, daß der Spülluftstrom in Richtung auf den vom Meßstrahl (MS) durchsetzten Oberflächenbereich (FF) von hinten zugeführt wird (FIG 2 oder 4).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Luftleithülse (SLH) einen rotationssymmetrischen Strömungshohlkörper bildet und möglichst symmetrisch zur Achse (OA) des Meßstrahles (MS) angeordnet ist (FIG 2 oder 3).

7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit

einem Meßrohr (MR), dem das Rauchgas (RS) über eine Sonde (TS, VS) bevorzugt in der Rohrmitte zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstrahl- und die Empfangseinrichtung unmittelbar an je einem Austrittsende (AEl,AE2) des Meßrohres (MR) so angebracht sind, daß der Rauchgasstrom (RS) möglichst auf das Zentrum des vom Meßstrahl (MS) durchsetzten Oberflächenbereiches (FF) gerichtet ist (FIG 4 oder 5).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6 mit einem Meßrohr (MR), dem das Rauchgas (RS) über eine Sonde (TS,VS) bevorzugt in der Rohrmitte zugeführt wird, dadurch

19 GR 90 G 3066 DE 01 gekennzeichnet, daß die Abstrahl- und die Empfangseinrichtung unmittelbar an je einem Austrittsende (AEl,AE2) des Meßrohres (MR) so angebracht sind, daß der Rauchgasstrom (RS) möglichst auf das Zentrum des vom Meßstrahl (MS) durchsetzten Oberflächenbereiches (FF) gerichtet, und daß die jeweilige Luftleithülse (SLH) das zugewandte Austrittsende (AEl,AE2) des Meßrohres (MR) bevorzugt trichterförmig erweitert (HE) und einen direkten Rauchgasaustritt (RA) in die Atmosphäre bildend umfaßt (FIG 2 oder 3). 10

9. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung des Spülluftstromes (SL,SL2) einen, hinter der Abstrahl- bzw. Empfangseinrichtung (MSK,SOjMEK,MO) angebrachten Ventilator (V,VF,VM) enthalten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Ventilator (V,VF,VM) drehzahlregulierbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, d adurch gekennzeichnet , daß die Ventilatordrehzahl der Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgases nachgeführt wird.