EP2092300A1 - Optische messzelle und gasmonitor - Google Patents

Optische messzelle und gasmonitor

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EP2092300A1
EP2092300A1 EP07822692A EP07822692A EP2092300A1 EP 2092300 A1 EP2092300 A1 EP 2092300A1 EP 07822692 A EP07822692 A EP 07822692A EP 07822692 A EP07822692 A EP 07822692A EP 2092300 A1 EP2092300 A1 EP 2092300A1
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EP
European Patent Office
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gas
measuring cell
purge gas
volume
optical measuring
Prior art date
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Ceased
Application number
EP07822692A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Strzoda
Maximilian Fleischer
Uwe Lampe
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Publication of EP2092300A1 publication Critical patent/EP2092300A1/de
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/05—Flow-through cuvettes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/30—Controlling by gas-analysis apparatus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N2021/0346—Capillary cells; Microcells

Definitions

  • the invention relates to an optical measuring cell for gas absorption method and a gas monitor.
  • a known solution is to flush the cuvette with a gas from a reservoir, for example a compressed gas cylinder, which does not contain the gas component to be measured and also does not absorb in the wavelength range used.
  • a gas from a reservoir for example a compressed gas cylinder
  • nitrogen can be used here if ambient air is used as the measuring gas.
  • conventional measuring cells generally have large volumes depending on the application, such as typically> 100 cm 3 to several liters, a multiple of the measuring cell volume of purge gas is required for each purge, which leads to a considerable gas consumption in continuously running or a large number of measuring operations.
  • the invention is based on the object of generating a stable zero of an optical gas sensor system, for example fixed wavelengths and non-scanning system, to describe a measurement path which is independent of changes / contamination of the optical measurement setup, or of the measurement cuvette, and which is as small as possible Sample gas volume is excellent.
  • At least one hollow fiber with typical diameters in the sub-millimeter range is used to measure the gas-dependent absorption.
  • both the gas to be measured and the light used for the absorption measurement are guided into the open-end core of the hollow fiber.
  • the coupling of the light takes place in the longitudinal direction of the hollow fiber: by the flat reflection angle occurring such good reflection properties are generated that the light can be performed even with heavily curved hollow fiber, in particular glass fiber, several meters without significant losses.
  • hollow fibers With hollow fibers one achieves the particular advantage of a large absorption distance and thus a sensitive gas detection with a small measuring cell volume.
  • One meter of a hollow fiber with 0.5 mm diameter, for example, has a volume of about 0.2 cm.
  • purge gas are so few cm required.
  • a 3-liter bottle of purge gas with a pressure of 200 bar is sufficient for a recurring measurement every 10 minutes and a gas consumption of approx. 1 cm of gas per flush for more than ten years to supply the measuring instrument with purge gas. This can be a self-sufficient
  • Measurement setup can be realized, the without tracking of auxiliary media, e.g. for rinsing, during its lifespan.
  • the structure then consists of the optical measuring cell 14 and the purge gas generator Bl, which in turn essentially consists of a gas pump 10 and a gas filter 11.
  • the invention is based essentially on the combination of the use of a hollow fiber as optical measuring cell with her typical volume. This is dependent on the fiber length and is in the range of usually less than or equal learning 3 per meter fiber length, which reduced demands on the over many rinsing cycles summed refill amount of the required purge gas are provided.
  • the requirements for the purge gas supply can be met with small-volume gas cylinders or purge gas generators, as described above.
  • the figure shows a measuring cell with gas delivery A, which has an optical measuring cell 14 with a hollow fiber 1.
  • the figure presents in detail an embodiment of the invention.
  • the arrangement consists of the optical measuring cell 14, the sample gas delivery and the Spülgasusually, and a purge gas supply.
  • the optical measuring cell comprises the hollow fiber 1 as an absorption measuring cell with the light source 2, the photo-detector 3 and the control and evaluation circuit 4th
  • the sample gas delivery comprises the sample gas intake tube 5, depending on an optional small-pore particle filter 6 and after the hollow fiber 1, a valve 7 in front of the sample gas pump 9, and a Gas outlet.
  • a valve 8 closes off the measuring cell with gas delivery A in the direction of the purge gas supply B.
  • the purge gas supply may consist of a purge gas pressure bottle B2.
  • a purge gas supply means of a purge gas generator Bl which generates a purge gas which contains no gas to be detected in a measurement.
  • the purge gas generator Bl includes the gas pump 10 and the actual gas generator.
  • the purge gas generator consists of a purge gas reservoir, for example a DruckgasfIaschel2 with the throttle 13 for adjusting the gas flow.
  • Sample gas delivery pump 9 is switched off.
  • the purge gas flows through the hollow fiber 1 and rinses the measurement gas residues back into the measurement gas atmosphere 15.
  • an optical absorption measurement is performed, initially the zero measurement. Which is carried out on a gas volume filled with purge gas in the hollow fiber.
  • the valve 8 is closed, the valve 7 is opened, the purge gas pump 10 is turned off and the sample gas pump 9 is put into operation. Now, the measurement gas flows through the hollow fiber 1 and an optical transmission measurement is performed. The ratio of transmission once with sample gas and once with purge gas (zero measurement) results in the gas-dependent transmission, independent of the fundamental transmission of the absorption path, of the hollow fiber.
  • the process is analogous when the purge gas is provided from a compressed gas cylinder 12.
  • sample gas and purge gas flow through the hollow fiber in the opposite direction.
  • purge gas generators Examples of purge gas generators:
  • the gas filter consists of a heated palladium membrane that is comparable to a Pd diffusion cell.
  • the required pressure difference is provided by a gas pump.
  • the filter is supplied with the contaminated hydrogen. Since only protons can diffuse through Pd, pure hydrogen results on the secondary side, which can be used as purge gas.
  • an oxygen-ion pump cell provides conductive, for example, from about 600 0 C hot zirconium oxide, as oxygen supplier. Between the primary side and the secondary side of the heated zirconia ceramic, a voltage is applied, which leads to an oxygen transport through the ceramic. On the secondary side is pure oxygen, which can be used as purge gas.
  • An additional pump is omitted in this embodiment, because the pumping action is already included in the principle of the cell. According to this principle, the reference gas oxygen can also be produced by the electrochemical decomposition of further oxygen-containing gases, such as H2O, CO2, CO, NO, NO2.
  • Hydrogen or oxygen can be prepared in the liquid phase by electrolysis of acidified water.
  • the gas generated at the cathode or at the anode can be used separately for rinsing.
  • the electrolysis is always set in motion only when there is a need for purge gas. What is needed is an electrolysis cell and possibly a gas pump. Such a unit can be operated over several years, if only the above small purge gas quantities are needed.
  • the reaction is started by adding the Al to the sodium hydroxide solution.
  • the supply of Al stops.
  • the apparatus consists of a respective reservoir for the NaOH and the Al, for example in the form of chips, a metering device for the aluminum chips and a gas pump.
  • the design can deliver purge gas over several years, depending on the chemical supplies and number of purge cycles.
  • Air is passed over glowing copper, allowing the oxygen to be completely extracted. What remains is a mixture of nitrogen with 1% argon, which does not bother.
  • a gas pump is needed in addition to the Cu and the heating for the Cu nor a gas pump is needed. The process is only started if the measuring cell is to be rinsed. Maintenance is essentially necessary only for the replacement of the copper. Depending on the number of purging cycles and the amount of gas required, the device can be used for several years without maintenance.
  • Oxygen can be prepared in accurately calculable amounts by adding dropwise potassium permanganate solution to a solution of hydrogen peroxide acidified with sulfuric acid.
  • two storage tanks for the chemicals are needed, which are metered into a reaction vessel, and a gas pump.
  • the process can proceed as follows: If a purge is to be started, a volume of hydrogen peroxide corresponding to the desired amount of oxygen is initially introduced into the reaction vessel and the potassium permanganate is added dropwise.
  • An alternative method of representing oxygen is the decomposition of potassium chlorate or potassium permanganate by heating. At the beginning of the rinsing process, the chemical is heated until a sufficient amount of gas is generated. Then you stop the process by cooling.
  • the storage vessel possibly a reaction vessel, a metering device for the chemical and a gas pump is needed. Only the stock of chemicals has to be added, the quantity determines the time interval of the maintenance.
  • Water vapor can be removed from the air stream when passing through desiccant (silica gel or CaCl2).
  • CO 2 can be removed from the air by reaction with CaO. Only the chemical containers and a gas pump are required. The gas drying device can be regenerated by simple heating, the CaO is consumed and must be topped up. The maintenance interval depends on the size of the chemical supplies and the need for purge gas.

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Abstract

Es wird eine optische Messzelle für Gasabsorptionsmessungen beschrieben, mit mindestens einer Lichtquelle (2), zur Einbringung von Licht in ein Messvolumen, mit mindestens einem in Bezug auf das Messvolumen und in Richtung der Lichtausbreitung der Lichtquelle ungefähr gegenüberliegenden Fotoempfänger (3) zur Aufnahme von durch das Messvolumen geführtem Licht, wobei mittels einer Auswerteeinheit (4) die Konzentration von einem oder mehreren Zielgasen im Messgasvolumen ermittelbar ist und wobei das Messvolumen durch das innere Volumen einer Hohlfaser (1) dargestellt ist, deren Innendurch- messer im Wesentlichen weniger als 1 mm beträgt. Absorptionsmessungen / Gassensoren.

Description

Bezeichnung
Optische Messzelle und Gasmonitor
Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Messzelle für Gasabsorptionsverfahren und einen Gasmonitor.
Bei der Photometrie und optischen Spektroskopie zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente in einem Messgas mittels Absorptionsmessung besteht bei der Messküvette das Problem, dass die Transmission der leeren Küvette ohne vorhandenes Zielgas, also ohne Absorption durch das zu messende Zielgas, bekannt sein muss, um das Zielgas durch Auswertung der gasabhängigen Absorption bestimmen zu können.
Eine bekannte Lösung besteht darin die Küvette mit einem Gas aus einem Reservoir, beispielsweise einer Druckgasflasche, zu spülen, das die zu messende Gaskomponente nicht enthält und auch nicht im verwendeten Wellenlängebereich absorbiert. Hier ist beispielsweise Stickstoff einsetzbar, wenn als Messgas Umgebungsluft verwendet wird. Da herkömmliche Messzellen je nach Anwendung allgemein große Volumina aufweisen, wie typisch > 100 cm3 bis mehrere Liter, benötigt man für jede Spülung ein Vielfaches des Messzellenvolumens an Spülgas, was bei kontinuierlich laufenden bzw. einer großen Anzahl von Messvorgängen zu einem erheblichen Gasverbrauch führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde zur Erzeugung eines stabilen Null eines optischen Gassensorsystems, bei bei- spielsweise festliegenden Wellenlängen und nicht scannendem System, eine Messstrecke zu beschreiben, die unabhängig von Veränderungen / Verschmutzungen des optischen Messaufbaus, oder der Messküvette ist und durch ein möglichst kleines Messgasvolumen ausgezeichnet ist.
Die Lösung geschieht mittels der jeweiligen Merkmalskombination der Ansprüche 1 bzw. 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Zur Messung der gasabhängigen Absorption werden mindestens eine Hohlfaser eingesetzt mit typischen Durchmessern im SubMillimeter Bereich. Dabei werden sowohl das zu messende Gas wie auch das für die Absorptionsmessung verwendete Licht in den stirnseitig offenen Kern der Hohlfaser geführt. Die Ein- kopplung des Lichtes erfolgt dabei in der Längsrichtung der Hohlfaser: durch die auftretenden flachen Reflexionswinkel werden derart gute Reflexionseigenschaften erzeugt, dass das Licht selbst bei stark gekrümmter Hohlfaser, insbesondere Glasfaser, mehrere Meter weit ohne signifikante Verluste geführt werden kann.
Mit Hohlfasern erreicht man den besonderen Vorteil einer großen Absorptionsstrecke und damit einen sensitiven Gasnachweis bei einem geringen Messzellenvolumen. Ein Meter einer Hohlfaser mit 0,5 mm Durchmesser weist z.B. ein Volumen von ca. 0,2 cm auf. Zur Spülung einer solchen Faser sind also nur wenige cm3 Spülgas erforderlich. Eine 3-Liter-Flasche Spülgas mit einem Druck von 200 bar reicht bei einer wiederkehrenden Messung im 10 Minuten-Takt und einem Gasverbrauch von ca. 1 cm Gas pro Spülung für mehr als zehn Jahre, um die Messap- paratur mit Spülgas zu versorgen. Damit kann ein autarker
Messaufbau realisiert werden, der ohne Nachführung von Hilfs- medien, z.B. zum Spülen, während seiner Lebensdauer auskommt.
Es ist vorteilhaft die Spülgas-Versorgung B, bestehend aus einem Reservoir B2, wie Gasdruckflasche, durch einen Spülgasgenerator Bl, bei dem das Spülgas in einem Reinigungsvorgang direkt erzeugt wird, zu ersetzen. Theoretisch besteht der Aufbau dann aus der optischen Messzelle 14 und dem Spülgas- Generator Bl, der wiederum im Wesentlichen aus einer Gasför- derpumpe 10 und einem Gasfilter 11 besteht.
Die Erfindung beruht im Wesentlichen auf der Kombination der Verwendung einer Hohlfaser als optische Messzelle mit ihrem typischen Volumen. Dies ist abhängig von der Faserlänge und liegt im Bereich von in der Regel weniger als oder gleich lern3 pro Meter Faserlänge, womit reduzierte Anforderungen an die über viele Spülzyklen aufsummierte nachzufüllende Menge des benötigten Spülgases gestellt werden. Die Anforderungen an die Spülgasversorgung lassen sich mit kleinvolumigen Gasflaschen bzw. Spülgas-Generatoren, wie oben beschrieben erfüllen .
Bei Gasmessungen über einen längeren Zeitraum ergibt sich der Vorteil, dass über einen beträchtlichen Zeitraum keine Nachfüllung im Vorrat von Hilfsgas/Spülgas für den Messaufbau erforderlich ist, falls eine Gasdruckflasche zur Lieferung von Spülgas eingesetzt wird. Damit ergibt sich die Möglichkeit autarke Gasmonitore bereit zu stellen, die geringsten Wartungsaufwand bzgl. des Hilfsgases aufweisen. Auf Grund der kompakten Komponenten wie Hohlfaser, Spülgasgenerator, können auch tragbare hoch sensitive Gasmonitore nach diesem Messprinzip realisiert werden.
Im Folgenden werden mit Bezug auf die begleitende Figur die Erfindung nicht einschränkende Ausführungsbeispiele beschrieben :
Die Figur zeigt eine Messzelle mit Gasförderung A, die eine optische Messzelle 14 mit einer Hohlfaser 1 aufweist.
Die Figur stellt im Detail ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vor. Die Anordnung besteht aus der optischen Messzelle 14, der Messgasförderung und der Spülgasförderung, sowie einer Spülgas-Versorgung. Die optische Messzelle umfasst die Hohlfaser 1 als Absorptionsmesszelle mit der Lichtquelle 2, dem Foto-Detektor 3 und der Ansteuerung- und Auswerteschaltung 4.
Die Messgasförderung umfasst das Messgas-Ansaugrohr 5, je ein optionales kleinporiges Partikelfilter 6 und nach der Hohlfaser 1, ein Ventil 7 vor der Messgasförderpumpe 9, sowie einen Gasauslass. Ein Ventil 8 schließt die Messzelle mit Gasförderung A in Richtung auf die Spülgas-Versorgung B ab. Die Spülgas-Versorgung kann aus einer Spülgas-Druckflasche B2 bestehen. Vorteilhaft ist jedoch der Einsatz einer Spülgas- Versorgung mittel eines Spülgas-Generators Bl, der ein Spülgas erzeugt, welches kein bei einer Messung zu detektierendes Gas enthält. Der Spülgas-Generator Bl umfasst die Gasförderpumpe 10 und den eigentlichen Gaserzeuger. Alternativ besteht der Spülgasgenerator aus einem Spülgas Reservoir, beispiels- weise einer DruckgasfIaschel2 mit der Drossel 13 zur Einstellung des Gasflusses.
Ablauf eines Messzyklus:
- Spülzyklus: Die Spülgaspumpe 10 ist in Betrieb und das Ven- til 8 ist geöffnet, während das Ventil 7 geschlossen ist. Die
Messgas Förderpumpe 9 ist ausgeschaltet. Das Spülgas durchströmt die Hohlfaser 1 und spült die Messgasreste zurück in die Messgas-Atmosphäre 15. Nach ausreichender Spülzeit erfolgt eine optische Absorptionsmessung, zunächst die Nullmes- sung. Die an einem mit Spülgas gefüllten Gasvolumen in der Hohlfaser durchgeführt wird.
- Messzyklus: Das Ventil 8 wird geschlossen, das Ventil 7 wird geöffnet, die Spülgaspumpe 10 wird ausgeschaltet und die Messgaspumpe 9 in Betrieb gesetzt. Jetzt strömt das Messgas durch die Hohlfaser 1 und es wird eine optische Transmissionsmessung durchgeführt. Das Verhältnis der Transmission einmal mit Messgas und einmal mit Spülgas (Nullmessung) ergibt die gasabhängige Transmission, unabhängig von der Grundtrans- mission der Absorptionsstrecke, der Hohlfaser. Der Vorgang erfolgt analog, wenn das Spülgas aus einer Druckgasflasche 12 bereitgestellt wird.
Im Ausführungsbeispiel durchströmen Messgas und Spülgas die Hohlfaser in entgegen gesetzter Richtung. Durch Umkehr der Förderrichtung der Messgas-Förderpumpe lässt sich auch eine Durchströmung der Hohlfaser für beide Gase in gleicher Richtung realisieren. Beispiele für Spülgas-Generatoren:
1. Erfolgt die Gaskonzentrationsmessung z.B. in einer Wasserstoff-Atmosphäre, dann besteht das Gasfilter aus einer ge- heizten Palladium-Membran, die vergleichbar mit einer Pd- Diffusionszelle ist. Die benötigte Druckdifferenz wird von einer Gasförderpumpe bereitgestellt. Dem Filter wird der kontaminierte Wasserstoff zugeführt. Da durch Pd nur Protonen diffundieren können, ergibt sich auf der Sekundärseite reiner Wasserstoff, der als Spülgas genutzt werden kann.
2. Erfolgt die Messung in Luft oder einer Sauerstoffatmo- sphäre bietet sich eine Sauerstoffionen leitende Pumpzelle, beispielsweise aus ca. 6000C heißem Zirkonoxid, als Sauer- stofflieferant an. Zwischen der Primärseite und der Sekundärseite der geheizten Zirkonoxid-Keramik wird eine Spannung angelegt, die zu einem Sauerstoff Transport durch die Keramik führt. Auf der Sekundärseite liegt reiner Sauerstoff vor, der als Spülgas genutzt werden kann. Eine zusätzliche Pumpe ent- fällt bei dieser Ausführung, weil die Pumpwirkung schon im Prinzip der Zelle enthalten ist. Das Referenzgas Sauerstoff kann gemäß diesem Prinzip auch durch die elektrochemische Zersetzung weiterer Sauerstoff haltiger Gase erzeugt werden, wie H2O, CO2, CO, NO, NO2.
3. Wasserstoff bzw. Sauerstoff lassen sich in der Flüssigphase durch Elektrolyse von angesäuertem Wasser darstellen. Je nach gewünschtem Gas kann das an der Kathode oder das an der Anode erzeugte Gas separat zum Spülen benutzt werden. Die Elektrolyse wird immer erst dann in Gang gesetzt, wenn Bedarf an Spülgas ist. Benötigt wird eine Elektrolysezelle und ggf. eine Gasförderpumpe. Eine Solche Einheit kann über mehrere Jahre betrieben werden, wenn nur die oben genannten geringen Spülgasmengen benötigt werden.
4. Die für die Spülung erforderlichen geringen Mengen von Spülgas können durch bekannte chemische Reaktionen in der er- forderlichen Menge und Reinheit hergestellt werden. Beispiele für solche Methoden der Herstellung von Spülgasen sind:
4a. Darstellung von Wasserstoff: Auflösung von Aluminium oder Silizium in konz. Alkalilauge Al + NaOH + 3 H2O → Na [Al (OH) 4] + 3/2 H2
Die Reaktion wird durch das Hinzufügen des Al zur Natronlauge gestartet. Wenn eine ausreichende Gasmenge erzeugt ist, wird die Zufuhr des Al gestoppt. Die Apparatur besteht aus je ei- nem Vorratsbehälter für die NaOH und dem Al, beispielsweise in Form von Spänen, eine Dosiereinrichtung für die Aluminiumspäne und eine Gasförderpumpe. Der Aufbau kann abhängig von den Chemikalienvorräten, und der Zahl der Spülzyklen über mehrere Jahre Spülgas liefern.
4b. Darstellung von Stickstoff:
Luft wird über glühendes Kupfer geleitet, durch dass der Sauerstoff vollständig entzogen werden kann. Übrig bleibt ein Gemisch von Stickstoff mit 1 % Argon, der jedoch nicht stört. Hier wird neben dem Cu und der Heizung für das Cu noch eine Gasförderpumpe benötigt. Der Vorgang wird nur in Gang gesetzt, wenn die Messzelle gespült werden soll. Es ist eine Wartung im Wesentlichen nur für den Ersatz des Kupfers nötig. Abhängig von der Zahl der Spülzyklen und der benötigten Gas- menge kann die Vorrichtung mehrere Jahre ohne Wartung benutzt werden .
4c. Darstellung von Sauerstoff:
Sauerstoff kann in genau berechenbaren Mengen dargestellt werden, indem einer mit Schwefelsäure angesäuerten Lösung von Wasserstoffperoxid Kaliumpermanganatlösung zugetropft wird. Hier werden zwei Vorratsbehälter für die Chemikalien benötigt, die dosiert in ein Reaktionsgefäß geleitet werden, sowie eine Gasförderpumpe. Der Vorgang kann wie folgt ablaufen: Wenn eine Spülung gestartet werden soll wird ein der gewünschten Sauerstoffmenge entsprechendes Volumen an Wasserstoffperoxid in dem Reaktionsgefäß vorgelegt und das KaIi- umpermangant zugetropft. Eine Alternative Methode der Darstellung von Sauerstoff ist die Zersetzung von Kaliumchlorat oder Kaliumpermanganat durch Erhitzen. Bei Beginn des Spülvorganges wird die Chemikalie solange erhitzt, bis eine ausreichende Menge Gas erzeugt ist. Dann stoppt man den Vorgang durch Abkühlen. Hier wird nur das Vorratsgefäß, evtl. ein Reaktionsgefäß, eine Dosiervorrichtung für die Chemikalie und eine Gasförderpumpe benötigt. Es muss nur der Vorrat an Chemikalien ergänzt werden, die Menge bestimmt den zeitlichen Abstand der Wartung.
5. Reinigung von Luft mit Adsorptionsfallen für Wasser und Kohlendioxid: Wasserdampf lässt sich bei der Durchleitung durch Trocknungsmittel (Silicagel oder CaCl2) aus dem Luftstrom entfernen. CO2 kann durch Reaktion mit CaO aus der Luft entfernt werden. Es werden nur die Chemikalienbehälter sowie eine Gasförderpumpe benötigt. Die Vorrichtung für das Gastrocknen kann durch einfaches Erhitzen regeneriert werden, das CaO wird verbraucht und muss nachgefüllt werden. Das Wartungsintervall richtet sich nach der Größe der Chemikalien- Vorräte und dem Bedarf an Spülgas.
Auf Grund des geringen Volumens der Messzelle und der geringen benötigten Spülgasmengen aufgrund des Einsatzes einer Hohlfaser als optische Messzelle lassen sich Spülgas- Generatoren auch kompakt ausführen. Dies ermöglicht die Realisierung von so genannten Gasmonitoren in kompakter Form, da nicht nur die Gasabsorptions-Messzelle, sondern auch die Spülgas-Versorgung klein ausgelegt sind bzw. ausgelegt werden können .

Claims

Patentansprüche
1. Optische Messzelle für Gasabsorptionsmessungen, mit mindestens einer Lichtquelle (2), zur Einbringung von Licht in ein Messvolumen, mit mindestens einem in Bezug auf das Messvolumen und in Richtung der Lichtausbreitung der Lichtquelle ungefähr gegenüberliegenden Fotoempfänger (3) zur Aufnahme von durch das Messvolumen geführten Lichts, wobei mittels einer Auswerteeinheit (4) die Konzentration von einem oder mehreren Zielgasen im Messgasvolumen ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Messvolumen durch das innere Volumen einer Hohlfaser (1) dargestellt ist, deren Innendurchmesser im Wesentlichen weniger als 1 mm beträgt.
2. Optische Messzelle nach Anspruch 1, bei der Innenflächen der Hohlfaser im Wesentlichen Licht reflektierend ausgebildet sind.
3. Optische Messzelle nach Anspruch 1 oder 2, bei der eine Gasfördereinrichtung zur Beschickung des Messvolumens mit entweder Messgas oder Spülgas vorhanden ist.
4. Optische Messzelle nach Anspruch 3, bei der die Gasfördereinrichtung zur Beschickung des Messvolumens mit Spülgas durch eine Spülgas-Druckflasche (B2) dargestellt ist.
5. Optische Messzelle nach Anspruch 3, bei der die Gasfördereinrichtung zur Beschickung des Messvolumens mit Spülgas von einem Spülgas-Generator (Bl) dargestellt ist.
6. Optische Messzelle nach Anspruch 5, bei der der Spülgas- Generator (Bl) durch eine Pumpe (10) und einen Gasfilter (11) dargestellt ist.
7. Optische Messzelle nach Anspruch 5, bei der der Spülgas- Generator (Bl) dass Spülgas mittels einer oder mehrerer chemischer Reaktionen generiert.
8. Optische Messzelle nach Anspruch 6 oder 7, bei der der Spülgas-Generator (Bl) mittels einer Pumpe (10) und einem Gasgenerator dargestellt ist, zur Zufuhr von Spülgas zu der Messzelle, welches aus einem Gas oder Gasgemisch besteht, dass ein in einer Zielgasmessung zu detektierendes Gas nicht enthält.
9. Optische Messzelle nach Anspruch 6, bei der zwischen Lichtquelle und Hohlfaser und/oder zwischen Fotoempfänger und Hohlfaser eine Optik zur Optimierung der Koppeleffizienz an- geordnet ist.
10. Gasmonitor mit einer optischen Messzelle und einer Gasförderung (A) und einer Spülgas-Versorgung (B) entsprechend einem der Ansprüche 3 bis 9, zur Detektion und Anzeige eines bestimmten Zielgases, wobei eine positive Zielgasmessung ein Signal generiert.
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