FI124244B - Näytteenotin - Google Patents

Description

Näytteenotin

Ala

Keksinnön kohteena on näytteenotin näytteen ottamiseksi väliaineen ja kiinteän aineen partikkeleiden seoksesta.

5 Tausta

Poltettaessa palavaa ainetta palamisen laatua voidaan mitata ottamalla näyte palotilassa olevasta savukaasusta (combustion gas), joka on heterogeeninen seos jatkuvasta kaasufaasista ja kiinteän aineen partikkeleista, ja mittaamalla näytteen yhden tai useamman aineen määrä esimerkiksi pitoisuu-10 tena. Kaasufaasi käsittää tavallisesti erilaisia palossa muodostuneita kaasuja ja ympäristöstä paloillaan tulleita kaasuja.

Näytteenotin voi käsittää esimerkiksi palotilassa olevan sondin ja putken sondin ja mittausosan välissä. Näyte voidaan imeä alipaineen avulla palotilassa olevaan sondiin, josta putki kuljettaa näytteen mittausosaan. Koska 15 nimenomaan kaasufaasi kertoo palamisen laadusta, sondi käsittää suodattimen, joka estää ainakin suurimpien partikkeleiden pääsyn mittaukseen. Lisäksi suodatin estää putken ja mittausosan tukkeutumisen hiukkasista.

Näytteenottoon liittyy kuitenkin ongelmia. Sondissa olevaan suodattimien tarttuu koko ajan partikkeleita, jolloin suodattimen suodatuskyky muut-20 tuu. Tämä voi muuttaa mittaustulosta koko ajan, jolloin paloprosessin toiminnasta on vaikea saada luotettavaa tietoa. Lisäksi suodatin voi tukkeutua nopeasti eikä päästä kaasunäytettä lävitseen ollenkaan tai vain liian pienessä määrin, ja suodatin pitää tästä syystä vaihtaa usein. Vaihtaminen on kuitenkin vai- 't ^ valloista ja saattaa vaatia paloprosessin sammuttamisen. Vaikka paloprosessia ^ 25 ei tarvitsisikaan sammuttaa, suodattimen vaihto katkaisee näytteenoton ja mit- 9 tauksen ja estää siten jatkuvan paloprosessin näytteistyksen ja mittauksen.

CT) o Suodattimien vaihtoaikaa voidaan pidentää puhdistamalla suodatti- | mia. Vaikka suodattimen puhdistamiseksi ei ehkä tarvitsekaan ottaa suodatinta „ esille, vaan puhdistaa suodatin esimerkiksi painekaasulla näytteenottoa vas- ^ 30 taan, puhdistusoperaatio kuitenkin pysäyttää näytteenoton ja mittauksen tiheni ästi.

o

CVJ

2

Yllä kerrotun perusteella onkin olemassa tarve parantaa kaasufaa-sin ja kiinteän aineen partikkeleita käsittävän heterogeenisen seoksen näytteenottoa.

Lyhyt selostus 5 Keksinnön tavoitteena on toteuttaa parannettu näytteenotin. Tämän saavuttaa vaatimuksen 1 mukainen näytteenotin.

Keksinnön kohteena on vaatimuksen 9 mukainen menetelmä näyt-teenottamiseksi.

Keksinnön edullisia suoritusmuotoja kuvataan epäitsenäisissä palo tenttivaatimuksissa.

Keksinnön mukaisella näytteenottimella saavutetaan useita etuja. Ejektoriin sisälle otettavan seosnäytteen suodattamiseksi ei tarvita erillistä suodatinta, mikä mahdollistaa jatkuvan näytteenoton. Suodattimien puhdistamista ja/tai vaihtamista ei siten myöskään tarvita.

15 Kuvioluettelo

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joissa kuvio 1A esittää ejektoria, jonka päädyssä on ainakin yksi seosnäytteen tuloaukko, 20 kuvio 1B esittää ejektoria, jonka pääty on seosnäytteen tuloaukko, kuvio 1C esittää näytteenotinta, jonka sisäputki, tuloaukko ja näyte-kanava ovat sisäkkäisiä, kuvio 1D esittää näytteenotinta, jonka tuloaukko sijaitsee ejektorin 't ^ ulkoputkessa, ^ 25 kuvio 1E esittää näytteenotinta, jossa näytekanava on kiinni ejekto- 9 rin ulkoputkessa, O) 0 kuvio 2 esittää sykloniperiaatteella toimivaa näytteenotinta,

CC

CL

„ kuvio 3 esittää ejektoria, jossa näytekanava on ejektorin keskellä ja 30 sisäputki näytekanavan vieressä, ^ kuvio 4 esittää näytteenotinta, johon kuuluu fluidikanava laimennus- o 00 fluidin sekoittamiseksi mittausnäytteeseen, ja kuvio 5 esittää menetelmän vuokaaviota.

3

Suoritusmuotojen kuvaus

Kuvioihin 1A - 4 voidaan yhteisesti todeta seuraavaa. Näytteenotin käsittää ejektorin 100 ja ejektoriin 100 ulottuvan näytekanavan 112, jotka ovat sijoitettavissa kiinteän aineen partikkeleiden ja väliaineen seokseen 102, jossa 5 väliaine voi olla kaasu ja/tai neste. Kiinteän aineen partikkeleista kukin partikkeli voi käsittää yhtä tai useampaa ainetta, ja eri partikkelit voivat olla koostumukseltaan samanlaisia tai erilaisia. Ejektori 100 puolestaan käsittää ainakin yhden tuloaukon 108 ja lähtöaukon 116, joka voi käsittää yhden tai useamman reiän alipainetta tuottavan fluidin 118 purkamiseksi ulos ejektorista 100. Ejek-10 tori 100 ottaa alipaineen avulla seosnäytteen 110 ainakin yhden tuloaukon 108 kautta seosnäytteen 110, josta näytekanavalla 112 voidaan ottaa haluttu mit-tausnäyte 122. Ejektori 100 poistaa jäljelle jääneen seosnäytteen ainakin yhden 110 lähtöaukon 116 kautta seokseen 102. Hieman tarkemmin kerrottuna eosnäyte 110 voi virata ejektorissa 100 tuloaukosta 108 kohti lähtöaukkoa 116, 15 jolloin näytekanavalla 112 voidaan ottaa haluttu mittausnäyte 122 ejektorissa 100 vihaavasta seosnäytteestä 110. Halutunkaltainen mittausnäyte 122 on mahdollinen, koska kiinteän aineen partikkelit ja kaasu- tai nestefaasi erottuvat ainakin osittain toisistaan virtauksen ja inertian perusteella ejektorissa 100.

Näytteenottimen sondina toimiva ejektori 100 ja siihen ulottuva näy-20 tekanava 112 voidaan sijoittaa kaasufaasin ja kiinteän aineen partikkeleiden heterogeeniseen seokseen 102. Ejektori 100 voidaan sijoittaa myös nestefaasin ja kiinteän aineen partikkeleiden heterogeeniseen seokseen 102. Seos 102 voi käsittää esimerkiksi savua, pölyä, tuhkaa, hiekkaa, ilmaa tms. Näytteenotin voi ottaa näytteen esimerkiksi savusta siten, että ejektori 100 ja siihen ulottuva 't g 25 näytekanava 112 ovat palotilassa, jossa paloreaktio tapahtuu. Paloreaktiossa , palava aine yhtyy happeen, jolloin vapautuu energiaa lämpönä. Tästä syystä 9 palotilassa voi olla hyvin kuumaa esimerkiksi yli 100°C tai jopa yli 1000°C.

σ> o Kuumuudesta huolimatta kiinteän aineen partikkeleiden ja väliaineen erottelu | ja näytteenotto voidaan suorittaa palolämpötilassa.

m 30 Näytteenotinta voidaan käyttää myös pölyisissä prosesseissa, jotka eivät ole palotiloja, mittausnäytteen ottamiseksi. Lisäksi kaasun sijaan myös ^ neste on mahdollinen kiinteän aineen partikkeleiden väliaineeksi. Seosnäyte ™ 110 voi olla esimerkiksi lietettä, josta kiinteän aineen partikkeleiden määrää 4 voidaan vähentää tai kiinteän aineen partikkeleiden kokojakaumaa voidaan muuttaa ejektorissa 100 virtauksen ja inertian perusteella.

Seuraavassa suoritusmuotoja on selitetty käyttäen esimerkkinä kaasua ja kiinteän aineen partikkeleiden seosta.

5 Kuvio 1A esittää ejektoria 100, jonka sisälle voidaan muodostaa ali paine syöttämällä fluidia 118 ejektorin 100 sisällä olevan sisäputken 104 läpi ejektorin 100 ulkoputken 106 toiseen päähän. Sisäputki 104 ja ulkoputki 106 voivat olla poikkileikkaukseltaan esimerkiksi ympyröitä, ellipsejä, kolmioita, neliöitä, suorakaiteita tai jonkinlaisia monikulmioita. Alipainetta tuottava fluidi 118 10 poistetaan lähtöaukon 116 kautta seokseen 102. Näin ejektori 100 päästää lävitseen fluidivirtauksen, joka tuottaa alipaineen ejektorin 100 ulkoputken 106 sisälle. Alipainetta tuottava fluidi 118 voi olla esimerkiksi vettä, ilmaa tai inerttiä kaasua. Ejektori 100 ottaa näytteen ulkopuolellaan olevasta kaasufaasin ja kiinteän aineen partikkeleiden seoksesta 102 vetämällä alipaineella seosnäyt-15 teen 110 ulkoputken 106 sisälle tuloaukon 108 kautta. Ejektori 100 poistaa seosnäytteen 110 alipainetta tuottavan fluidin 118 mukana lähtöaukon 116 kautta. Seosnäytteen 110 virtausnopeus ejektorissa 100 voi olla esimerkiksi 10 m/s.

Näytteenottimen näytekanavalla 112, joka myös voi olla ejektorin 20 100 ulkoputkeen 106 kytketty putki, otetaan mittausnäyte 122 ulkoputken 106 sisällä olevasta seosnäytteestä 110. Mittausnäyte 122 voidaan ottaa esimerkiksi alipaineen avulla, joka vetää mittausnäytteen 122 seosnäytteestä 110 näytekanavaan 112. Näytekanavan 112 alipaine on siis suurempi kuin ejektorin 100 tuottama alipaine, mikä tarkoitaa sitä, että paine näytekanavassa 112 ^ 25 on pienempi kuin ejektorissa 100.

o Näytekanavalla 112 otetaan haluttu mittausnäyte 122 näytekana- 4- vaan 112 ejektorin 100 sisällä virtaavasta seosnäytteestä 110. Haluttu mitta- o g usnäyte 122 voi tarkoittaa esimerkiksi sitä, että mittausnäytteen 122 kiinteän

O

aineen partikkelien koko on ennalta määrättyä rajakokoa pienempi. Haluttu £ 30 mittausnäyte voi tarkoittaa myös esimerkiksi sitä, että mittausnäytteen 122 kiin- g teän aineen partikkelien tiheys on ennalta määrättyä rajatiheyttä pienempi. Hain luttu mittausnäyte voi tarkoittaa myös esimerkiksi sitä, että mittausnäytteen 5 122 kiinteän aineen partikkelien massa on ennalta määrättyä rajamassaa pie-

CVJ

nempi. Haluttu mittausnäyte 122 saadaan erottamalla kiinteän aineen partikke-35 lit ja väliaine seosnäytteen 110 virtauksen ja inertian perusteella toisistaan 5 ejektorissa 100. Mittausnäytteen 122 kiinteän aineen partikkeleiden ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa näytekanavan 112 sijoittamisella ejektoriin 100 ja mittausnäytteen 122 ottosuunnalla suhteessa seosnäytteen 110 virtaukseen ejektorissa 100.

5 Näytekanava 112 voi olla sijoitettu ejektorin 100 päätyyn 120, joka on lähtöaukkoon 116 nähden vastakkainen puoli ejektorista 100. Ejektorin 100 sisäputki 104 ulottuu pidemmälle ejektorin 100 ulkoputken 106 sisällä kuin näytekanava 112. Sisäputken 104 pää 124 voi olla ulkoputken 106 sisällä melko lähellä lähtöaukkoa 116, mutta näytekanavan 112 pää 128 ei sijaitse lähtö-10 aukon 116 välittömässä läheisyydessä. Tavallisesti sisäputken 104 pää 124 voi olla kohdassa, joka on ulkoputken 106 puolenvälin ja lähtöaukon 116 välissä. Näytekanavan 112 pää 128 voi olla taas tavallisesti ulkoputken 106 puolenvälin ja päädyn 120 välisellä alueella.

Sisäputken 104 pään 124 ja päädyn 120 väliin jäävä ulkoputken 106 15 tila 126 sisältää seosnäytteen 110, josta mittausnäyte 122 otetaan näytekana-valla 112, koska näytekanava 112 ulottuu tähän tilaan 126. Koska sisäputken 104 pään 124 ja näytekanavan 112 pään 128 välillä on erottava etäisyys 130, ei sisäputkesta 104 purkautuva alipainettava tuottava fluidi sekoitu tahattomasti mittausnäytteeseen 122. Näin saadaan puhdas mittausnäyte 122, mikä on 20 edullista tarkan mittauksen kannalta.

Sisäputken 104 pään 124 ja päädyn 120 välisessä ulkoputken 106 tilassa 126 seosnäytteen 110 pääasiallinen virtaussuunta on nuolten mukaisesti kohti lähtöaukkoa 116. Virtaus voi olla laminaarista ja/tai turbulentista. Seosnäytteen 110 kaasu pääsee kuitenkin levittäytymään tilaan 126. Näyte-^ 25 kanava 112 voi imeä seosnäytteestä 110 mittausnäytteen 122 seosnäytteen o 110 virtaussuunnasta poikkeavaan suuntaan. Kuvioissa 1A - 1D seosnäytteen 4- 110 pääasiallisen virtaussuunnan ja mittausnäytteen 122 virtaussuunnan väli- o g nen ero on suurin mahdollinen eli 180°. Kun mittausnäytteen 122 virtaussuunta

O

poikkeaa seosnäytteen 110 virtaussuunnasta, kiinteän aineen partikkeleiden £ 30 jakauma mittausnäytteessä 122 on erilainen kuin seosnäytteessä 110. Tämä g johtuu esimerkiksi siitä, että kiinteän aineen partikkelin inertia vaikeuttaa äkillisin ten liikesuunnan muutosten tekemistä. Mittausnäytteen 122 määrä on yleensä 5 pieni verrattuna seosnäytteen 110 määrään. Mittausnäyte 122 voi olla esimer-

CVJ

kiksi 50 prosenttia seosnäytteen 110 määrästä. Tämä tarkoittaa jatkuvassa 35 mittauksessa sitä, että näytekanavan 112 mittausnäytevirtauksen määrä mitat- 6 tuna yksiköissä kuutiometriä sekunnissa (m3/s) on 50 prosenttia. Monesti mit-tausnäytteen 122 määrä voi olla vain prosentteja, promilleja tai vieläkin vähemmän seosnäytteen 110 määrästä. Alipainetta tuottavan fluidin 118 ollessa kaasua virtausmäärä ejektoriin 100 voi olla esimerkiksi 125 l/s eli 0,125 m3/s ja 5 mittausnäytteen 122 virtausmäärä voi olla esimerkiksi 20 l/s eli 0,02 m3/s.

Kun seosnäytteen 110 virtaussuunta ja mittausnäytteen 122 ottamisen virtaussuunta poikkeavat toisistaan, kiinteän aineen partikkelien inertian takia kiinteän aineen partikkelit pyrkivät jatkamaan liikesuuntaansa kohti lähtö-aukkoa 116, mutta seosnäytteen 110 kaasu voi helpommin muuttaa suuntaan-10 sa ja mennä näytekanavaan 112. Mitä suurempi kulma seosnäytteen 110 vir-taussuunnalla ja mittausnäytteen 122 virtaussuunnalla näytekanavassa 112 on, sitä vaikeampi kiinteän aineen partikkelin on muuttaa liikesuuntaansa ja sitä epätodennäköisemmin mainittu partikkeli päätyy näytekanavaan 112. Lisäksi mitä suurempi kiinteän aineen partikkelin massa on, sitä epätodennäköi-15 semmin mainittu partikkeli siirtyy näytekanavaan 112. Todennäköisyys sille, että kiinteän aineen partikkeli tulisi otetuksi näytekanavan 112 mittausnäyttee-seen, pienenee myös seosnäytteen 110 virtausnopeuden kasvaessa. Inertia siis erottelee kiinteän aineen partikkelit ja kaasun toisistaan, ja inertiaa voidaan hyödyntää mittausnäytteen 122 ottamisessa näytekanavaan 112 siten, että 20 kiinteän aineen partikkeleilta mittausnäytteessä 122 vältytään riittävässä määrin tai kokonaan. Pieniä partikkeleita, jos niitä on seosnäytteessä 110, voi tosin joutua mittausnäytteen 122 mukana näytekanavaan 112.

Koska seosnäytteen 110 ja mittausnäytteen 122 virtausnopeudet ja/tai virtaussuuntien kulmat ovat asetettavissa halutuiksi, voidaan näytekana- ^ 25 vaan 112 päätyvien kiinteän aineen partikkeleiden koko- ja/tai painojakaumaan o vaikuttaa. Yksinkertaisesti ilmaistuna paikalla, virtausnopeudella ja/tai virtaus- -A suuntien erolla voidaan määrittää kynnysmassa tai -koko, jota pienempiä par- o g tikkeleita otetaan näytekanavaan 112. Mittaukseen monesti halutaankin kaa-

O

sun lisäksi pieniä kiinteän aineen partikkeleita mukaan.

£ 30 Kun seosnäyte 110 virtaa ilman erityistä pyörimistä tuloaukosta 108 g kohti lähtöaukkoa 116 ja kun seosnäytteestä 110 otetaan mittausnäyte 122, [n näytteenoton periaate on samankaltainen kuin virtuaali-impaktorissa, mutta 5 erona on kuitenkin se, että esillä olevassa ratkaisussa pyritään ottamaan näyte

CVJ

kaasusta eikä partikkeleista. Mittausnäytteen lisäksi on kuitenkin mahdollista 35 ottaa myös partikkelinäyte. Kun mitataan lähinnä kaasunäytettä, vältetään m it- 7 talaitteiden tukkeutuminen ja likaantuminen. Lisäksi mittauksessa vältetään partikkeleihin sitoutuneiden aineiden mittaus. Edelleen mitattavan kaasun pitoisuus on määrättävissä.

Kuviossa 1A on esitetty eräs suoritusmuoto, jossa on kaksi tuloauk-5 koa 108 seosnäytettä 110 varten. Tuloaukot 108 voivat olla reikiä ejektorin 100 päädyssä 120. Yleisessä tapauksessa tuloaukkoja 108 voi olla yksi tai enemmän. Eri tuloaukot 108 voivat olla samankokoisia tai erikokoisia reikiä.

Kuviossa 1B on esitetty eräs suoritusmuoto, jossa koko ejektorin 100 pääty 120 on tuloaukko 108. Päädyssä 120 ei siis välttämättä ole ollen-10 kaan mitään seinämää tai seinämämäistä rakennetta. On myös mahdollista, että vain osa ejektorin 100 päädystä 120 on tuloaukkona 108.

Kuviossa 1C on esitetty eräs suoritusmuoto, jossa tuloaukko 108 on sisäputken 104 ja näytekanavan 112 ympärillä. Sisäputki 104 olla myös tulo-aukon 108 ja näytekanavan 112 ympärillä. Vaihtoehtoisesti näytekanava 112 15 voi olla tuloaukon 108 ja sisäputken 104 ympärillä. Yleisesti tällaisessa ratkaisussa sisäputki 104, tuloaukko 108 ja näytekanava 112 ovat sisäkkäisiä. On myös mahdollista, että vain kaksi näistä on sisäkkäisiä ja yksi on näiden vieressä.

Kuvio 1D esittää eräästä suoritusmuoto, jossa ainakin yksi tuloauk-20 ko 108 sijaitsee ejektorin 100 ulkoputkessa 106. Kukin tuloaukko 108 sijaitsee tilan 126 alueella. Tässä suoritusmuodossa seosnäytteen 110 virtaussuunta ja mittausnäytteen 122 ottamisen virtaussuunta ovat 90° kulmassa toisiinsa nähden. Lisäksi kuviossa 1D esittää erästä suoritusmuotoa, jossa näytekanava 112 on sisäputken 104 vieressä.

^ 25 Kuvio 1E esittää erästä suoritusmuotoa, jossa näytekanava 112 on o kiinni ejektorin 100 ulkoputkessa 106. Tällöin mittausnäyte 122 voidaan ottaa A aivan ulkoputken 106 sisäpinnan läheisyydestä tai ejektorin 100 keskeltä riip- o ^ puen siitä, kuinka pitkästi näytekanava 112 jatkuu ejektorissa 100 sisälle päin.

° Tässä suoritusmuodossa mittausnäytteen 110 pääasiallinen virtaussuunta ja £ 30 mittausnäytteenottosuunta voivat olla noin 90° kulmassa toisiinsa nähden, g Kuvio 2 esittää erästä suoritusmuotoa, jossa ejektori 100 voi toimia to sykloniperiaatteella, joka myös perustuu inertiaan. Sykloniperiaattessa seos- o näytteen 110 kaasu ja sen sisältämät kiinteän aineen partikkelit saatetaan

C\J

korkkiruuvimaiseen pyörimisliikkeeseen (kierteinen viiva) ejektorin 100 ulko-35 putken 106 sisällä, kunnes pyörteiset ainesosaset poistuvat ejektorista 100 8 takaisin seokseen 102 alipainetta tuottavan fluidin 118 mukana. Pyörimisliike erottelee seosnäytteen 110 sisällä olevat kiinteän aineen partikkelit keskipakovoimalla siten, että tiheydeltään ja kooltaan suurimmat partikkelit ovat uloim-malla pyörimisliikkeen kehällä. Näin ejektorin 100 keskelle ejektorin 100 jää 5 seosnäytteestä 110 kaasua, josta ainakin osa kiinteän aineen partikkeleista on saatu poistettua. Mitä kauemmas ejektorin 100 pituusakselista edetään kohti uloimman putken 106 pintaa, sitä suurempia kiinteän aineen hiukkasia pyörivässä seosnäytteessä 110 todennäköisesti on. Ejektorin 100 pituusakseli voi olla sama kuin sisemmän putken 104 pituusakseli.

10 Pyörimisliikkeen aikaansaamiseksi ainakin yksi tuloaukko 108 voi ol la ejektorin 100 ulkokehällä oleva putki, jonka keskiakseli suuntautuu ejektorin 100 ulkoputken 106 sisäpinnan tangentin suuntaisesti. Tällainen tuloaukon 108 sijoittaminen ejektoriin 100 saattaa seosnäytteen 110 ejektorin 100 ulkoputken 106 sisäpinnan mukaiseen pyörimisliikkeeseen ejektorissa 100. Ejektorin 100 15 alipaineella seoksesta 102 ottama seosnäyte 110 on siten pyörimisliikkeessä ejektorin 100 läpivirtauksen suuntaisen pituusakselin ympäri.

Näytteenotin käsittää myös näytekanavan 112, jolla voidaan ottaa mittausnäyte 122 pituusakselin suunnassa ejektorin 100 keskeltä, jossa seos-näytteen 110 partikkelit ovat pienimpiä. Kun siis näytekanavan 122 pää 128 20 sijoitetaan ejektorissa 100 paikkaan, jossa seosnäytteen 110 pyörteinen virtaus saattaa kiinteän aineen partikkeleiden jakauman erilaiseksi kuin muualla seosnäytteessä 110, voidaan seosnäytteestä 110 ottaa haluttu mittausnäyte 122. Halutussa mittausnäytteessä 122 on halutun kokoisia kiinteän aineen partikkeleita. Yksinkertaisesti ilmaistuna paikalla, virtausnopeudella ja/tai virtaus-^ 25 suuntien erolla voidaan määrittää kynnysmassa tai -koko, jota pienempiä par- o tikkeleiden sallitaan kulkeutua kaasun mukana näytekanavaan 112.

4- Näytekanava 112 voi myös olla putki, jonka poikkileikkaus voi olla o g samanlainen kuin ejektorin 100 sisä- ja ulkoputkella 104, 106. Näytekanava

O

112 voi olla sisäputken 104 ympärillä eli näytekanava 112 ja sisäputki 104 voi-£ 30 vat olla sisäkkäisiä kuten kuviossa 1A on esitetty.

g Kuvio 3 esittää erästä suoritusmuotoa, jossa näytekanava 112 voi [n olla ejektorin 100 poikkileikkauksen keskellä ja sisäputki 104 voi olla näyte- 5 kanavan 112 vieressä. Tällöin sisäputki 104 ei ole keskellä ejektoria 100 pi-

CVJ

tuusakselin suhteen ainakaan sillä alueella, jossa näytekanava 112 on. Sisä- 9 putki 104 voi olla kuitenkin taivutettu näytekanavan 112 pään jälkeen keskelle ejektoria 100.

Eräässä suoritusmuodossa mittausnäytettä 122 ei välttämättä laimenneta millään fluidilla ennen mittausta. Laimentamattomuus mahdollistaa 5 laimennuksen aiheuttamien virheiden poistumisen mittauksesta. Itse asiassa mittaukselle riittää esimerkiksi se, että mittausnäytteen 122 lämpötila saadaan laskettua sopivaan mittauslämpötilaan näytteen siirron aikana. Sopiva mittaus-lämpötila voi olla esimerkiksi veden kiehumislämpötila tai alle sen alle jäävä lämpötila. Erityisesti laimentamattomasta mittausnäytteestä 122 on mahdollista 10 mitata esimerkiksi mittausnäytteen 122 kosteus. Tosin kosteus on mahdollista mitata myös laimennetusta mittausnäytteestäkin 122.

Kuvio 4 esittää erästä suoritusmuotoa, jossa näytteenotin voi käsittää vielä fluidikanavan 114. Fluidikanava 114 voi syöttää laimennusfluidia näy-tekanavaan 112, jolloin otettu mittausnäyte 122 ja laimennusfluidi sekoittuvat 15 ennen mittausta. Fluidikanavan 114 laimennusfluidi voi olla esimerkiksi vettä tai inerttiä kaasua. Laimennusfluidi voi olla kylmää esimerkiksi alle 0°C, huoneenlämpöistä eli noin 20°C tai se voi olla kuumennettua esimerkiksi kymmeniin tai satoihin asteisiin Celciusta, millä voi olla vaikutusta esimerkiksi savu-kaasunäytteen 122 esikäsittelyssä. Fluidikanavassa 114 virtaavan laimennus-20 fluidin avulla kaasunäyte 122 saadaan heti näytteenoton jälkeen jo palotilassa tai sen välittömässä läheisyydessä sekoitettua laimennusfluidiin.

Kuviossa 5 näytteenotin on sijoitettu paloillaan 400. Muidenkin kuvioiden 1 - 3 tapauksessa näytteenotin voi olla palotilassa 400. Palotilasta 400 otettu kaasunäyte 122 voi sisältää kiinteän aineen partikkeleita. Esimerkiksi ^ 25 soodakattilasta otetussa mittausnäytteessä kiinteän aineen partikkelikoko voi- o daan pitää yleensä sellaisena, että partikkelien halkaisija on alle 10 pm.

4- Eräässä suoritusmuodossa palotila 400 on höyryturbiinikattila.

o g Eräässä suoritusmuodossa palotila 400 on kattila, jossa poltetaan

O

sellun valmistuksessa käytettyä keittokemikaalia. Poltettava keittokemikaali voi £ 30 olla esimerkiksi mustalipeää tai vastaavaa.

g Eräässä suoritusmuodossa palotila 400 voi olla lämmönjakokeskuk- [n sen kattila.

5 Eräässä suoritusmuodossa palotila 400 on meesauuni (lime sludge C\l reburning kiln).

10

Mittaus voidaan suorittaa siten, että mittausnäyte 122 voidaan siirtää näytekanavaa 112 pitkin esimerkiksi mittausosaan, jossa voidaan tehdä optisia, kemiallisia mittauksia ja/tai muita mittauksia seoksen ominaisuuksien selvittämiseksi. Siirtosuunta näytekanavassa voi olla alipaineen aikaansaavan 5 fluidin 118 syöttösuuntaan nähden vastakkaiseen suuntaan.

Kuvio 5 esittää menetelmän vuokaaviota. Askeleessa 500 päästetään alipainetta tuottava fluidi virtaamaan ejektorin 100 läpi ja ejektorin 100 lähtöaukosta 116 ulos alipaineen muodostamiseksi ejektorin 100 sisälle. Askeleessa 502 otetaan seosnäyte 110 ainakin yhden tuloaukon 108 kautta alipai-10 neella ejektoriin 100 väliaineen ja kiinteän aineen partikkeleiden seoksesta 102, jossa väliaine on neste ja/tai kaasu. Askeleessa 504 saatetaan seosnäyte 110 virtaamaan ulkoputkesta 106 alipainetta tuottavan fluidin virtauksen mukana kanssa lähtöaukon 116 kautta. Askeleessa 506 otetaan haluttu mittaus-näyte 122 näytekanavaan 112 ejektorin 100 sisällä viilaavasta seosnäytteestä 15 110 erottamalla kiinteän aineen partikkelit ja kaasu- tai nestefaasi seosnäyt- teen 110 virtauksen ja inertian perusteella toisistaan ejektorissa 100.

Ejektori 100 ei tarvitse tuloaukossa 108 mekaanista suodatinta suurten partikkeleiden suodattamiseen pois näytteenotosta, koska mittausnäy-tettä 122 lukuun ottamatta sekä kaasu että kaikki kiinteän aineen partikkelit, 20 jotka ejektoriin 100 imetään, puhalletaan myös ejektorista 100 ulos. Mittaus-näytteeseen 122 taas ei päädy juurikaan kiinteän aineen partikkeleita tai ne ovat kooltaan ennalta määrättyä rajaa pienempiä, koska seosnäytteen 110 virtaus vie tiheydeltään ja kooltaan suurimmat kiinteän aineen partikkelit mukanaan eikä näytekanavaan 112 pääse muuta kuin mittausnäyte 122.

^ 25 Sykloniratkaisussa kiinteän aineen hiukkaset siirtyvät pois ejektorin o 100 keskeltä suurella todennäköisyydellä, koska kiinteän aineen hiukkasten A tiheys on suurempi kuin kaasun. Itse asiassa pyörimisliikkeen nopeus määrit- o ^ tää ainakin osittain sen, kuinka tehokkaasti kiinteän aineen partikkelit poistuvat ° ejektorin keskeltä, ja siten myös sen, kuinka puhdas otettava mittausnäyte 122 EE 30 on. Pyörimisliikkeen nopeuden lisääntyessä ejektorin 100 keskeltä tavattavien g kiinteän aineen hiukkasten koko on yhä pienempi.

ίο Tällä tavoin suodatus suoritetaan dynaamisesti sekä impaktorimai- o sessa että syklonimaisessa näytteenotossa ilman mekaanista suodatinta, jon-

C\J

ka reiät määrittävät suodattimen läpi menevien kiinteän aineen partikkeleiden 35 suurimman läpimitan.

11

Koska suodatinta kiinteän aineen partikkeleiden mittaukseen joutumisen estämiseksi ei tarvita tai käytettävä suodatin on niin suurireikäinen, ettei se likaannu tai tukkeennu eikä suoranaisesti määritä mittausnäytteeseen 122 joutuvien kiinteän aineen hiukkasten kokoa, näytteenottoa ei tarvitse keskeyt-5 tää suodattimen vaihtamiseksi tai puhdistamiseksi. Näytteenotto voi siis olla keskeytyksettä jatkuvaa. Lisäksi koska ejektori 100, joka ottaa seosnäytteen 110 kiinteän aineen partikkeleiden ja väliaineen seoksesta 102, suodattaa dynaamisesti seosnäytteestä 110 mittausnäytteen 122 näytekanavaan 112 ja palauttaa mittausnäytteen 122 ottamisesta jäljelle jääneen seosnäytteen 110 10 takaisin seokseen 102, on sijoitettuna kiinteän aineen partikkeleiden ja väliaineen seokseen 102, saavutetaan useita etuja.

Jos seosnäytettä 110 ei käsitellä näytteenottopaikalla, vaan siirrettäisiin se johonkin seoksen 102 ulkopuolelle, mittausnäyte 122 voisi muuttua kemiallisesti ja rakenteellisesti. Muutos voi tapahtua ajan funktiona ja/tai ympä-15 ristön vaikutuksen takia. Ympäristön vaikutus voi olla esimerkiksi lämpötilan muutos. Seosnäytteen 110 muuttuminen siirron takia vaikeuttaa myös seos-näytteen 110 käsittelyä. Esimerkiksi halutun mittausnäytteen 122 muodostaminen seosnäytteestä 110 voi vaikeutua tai estyä siirtämisestä seuraavista syistä. Tämä pätee esimerkiksi palotilasta 400 otettuun mittausnäytteeseen 20 122.

Jos taas seosnäytettä 110 ei palautettaisi takaisin seokseen 102, seuraisi ongelma siitä, mihin seosnäytejäte sijoitettaisiin. Nyt kun se palautetaan takaisin sinne, mistä se on otettukin, ei synny mitään uutta ongelmaa.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten ^ 25 mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut niihin, vaan o sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

i δ i

CD

O

X

cc

CL

CO

o m δ c\j

Claims (16)

1. Näytteenotin, tunnettu siitä, että näytteenotin käsittää paloillaan (400) sijoitettavissa olevan ejektorin (100), joka käsittää ejektorin (100) 5 sisälle ulottuvan sisäputken (104) päästää ejektorin (100) lävitse alipaineen tuottava fluidivirtaus, ja ejektoriin (100) ulottuvan sisäputken (104) kanssa sisäkkäisen tai rinnakkaisen näytekanavan (112), jotka ovat sijoitettavissa kiinteän aineen partikkeleiden ja väliaineen seokseen (102), jossa väliaine on kaasu ja/tai neste, 10 ejektori (100) käsittää ainakin yhden tuloaukon (108) ja ainakin yh den lähtöaukon (116), ejektori (100) on sovitettu ottamaan alipaineen avulla seosnäyte (110) ainakin yhden tuloaukon (108) kautta ja poistamaan seosnäyte (110) lähtöaukon (116) kautta seokseen (102) seosnäytteen (110) saattamiseksi vir- 15 taamaan tuloaukosta (108) kohti lähtöaukkoa (116), ja näytekanava (112) on sovitettu ottamaan haluttu mittausnäyte (122) ejektorissa (100) virtaavasta seosnäytteestä (110) kiinteän aineen partikkeleiden ja väliaineen ollessa ainakin osittain erotettavissa seosnäytteen (110) virtauksen ja inertian perusteella toisistaan ejektorissa (100).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen näytteenotin, tunnettu siitä, että näytekanava (112) on sovitettu ottamaan mittausnäyte (122) seosnäytteestä (110) seosnäytteen (110) virtaussuuntaan nähden poikkeavassa suunnassa kiinteän aineen partikkeleiden jakauman saamiseksi mittausnäytteessä (122) erilaiseksi kuin seosnäytteessä (110). ° 25

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen näytteenotin, tunnettu siitä, i 5 että näytekanavan (112) pää (128) on sijoitettu ejektorissa (100) paikkaan, i g jossa seosnäytteen (110) kiinteän aineen partikkeleiden jakauma on virtauksen x ja inertian takia halutunlainen. CC J CL

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen näytteenotin, tunnettu siitä, ίο 30 että ejektori (100) käsittää lisäksi sisäputken (104) ja ulkoputken (106), 5 ejektori (100) on sovitettu päästämään alipainetta tuottavan fluidin CVJ virtaus sisäputken (104) läpi lähtöaukon (116) kautta ulos alipaineen muodostamiseksi ejektorin (100) ulkoputken (106) sisälle, ja ejektori (100) on sovitettu ottamaan alipaineen avulla seosnäyte (110) ainakin yhden tuloaukon (108) kautta ulkoputkeen (106) ja poistamaan seosnäyte (110) alipainetta tuottavan fluidin mukana lähtöaukon (116) kautta seosnäytteen (110) saattamiseksi virtaamaan tuloaukosta (108) kohti lähtö-5 aukkoa (116).

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen näytteenotin, tunnettu siitä, että ejektori (100) on sovitettu toimimaan sykloniperiaatteella siten, että ejektori (100) on sovitettu ottamaan alipaineella seosnäyte (110) ulkoputken (106) ulkokehälle seosnäytteen (110) saamiseksi pyörimisliikkeeseen ulkoputken 10 (106) sisällä kiinteän aineen partikkeleiden erottelemiseksi mittausnäytteestä (122).

6. Patenttivaatimukseni mukainen näytteenotin, tunnettu siitä, että ejektori (100) käsittää ainakin yhden putkimaisen sisääntuloaukon (108), jonka keskiakseli suuntautuu ejektorin (100) sisäpinnan tangentin suuntaisesti 15 seosnäytteen (110) saattamiseksi pyörimisliikkeeseen.

7. Patenttivaatimukseni mukainen näytteenotin, tunnettu siitä, että näytteenotin käsittää fluidikanavan (114), joka on sovitettu syöttämään laimennusfluidia näytekanavaan (112).

8. Patenttivaatimukseni mukainen näytteenotin, tunnettu siitä, 20 että palotila (400) on höyryturbiinikattila.

9. Menetelmä näytteenottamiseksi, tunnettu siitä, että mene- ^ telmässä päästetään (500) alipainetta tuottava fluidi virtaamaan ejektorin (100) ° läpi ejektorin (100) sisässä olevassa sisäputkessa (104) ja ejektorin (100) läh- i 1 töaukosta (116) ulos alipaineen muodostamiseksi ejektorin (100) sisälle, i g 25 otetaan (502) seosnäyte (110) ainakin yhden tuloaukon (108) kautta x alipaineella ejektoriin (100), joka on sijoitettu palotilaan (400,) kiinteän aineen partikkeleiden ja väliaineen seoksesta (102), jossa väliaine on neste ja/tai kaa-co O SU, ^ saatetaan (504) seosnäyte (110) virtaamaan alipainetta tuottavan ^ 30 fluidin virtauksen mukana ainakin yhden lähtöaukon (116) kautta seokseen (102), ja otetaan (506) haluttu mittausnäyte (122) sisäputken (104) kanssa sisäkkäiseen tai rinnakkaiseen näytekanavaan (112) ejektorin (100) sisällä vir-taavasta seosnäytteestä (110) erottamalla kiinteän aineen partikkelit ja väliaine ainakin osittain seosnäytteen (110) virtauksen ja inertian perusteella toisistaan.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että otetaan mittausnäyte (122) ulkoputken (106) sisällä olevasta seosnäytteestä (110) seosnäytteen (110) virtaussuuntaan nähden poikkeavassa suunnassa kiinteän aineen partikkeleiden jakauman saamiseksi mittausnäytteessä (122) erilaiseksi kuin seosnäytteessä (110).

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sijoitetaan näytekanavan (112) pää (128) ejektorissa (100) paikkaan, jossa seosnäytteen (110) kiinteän aineen partikkeleiden jakauma on virtauksen ja inertian takia halutunlainen.

12. Patenttivaatimuksen 9 mukainen näytteenotin, tunnettu επί 5 tä, että päästetään alipainetta tuottavan fluidin virtaus ejektorin (100) sisäputken (104) läpi lähtöaukon (116) kautta ulos alipaineen muodostamiseksi ejektorin (100) ulkoputken (106) sisälle, ja otetaan alipaineen avulla seosnäyte (110) ainakin yhden tuloaukon (108) kautta ulkoputkeen (106) ja poistetaan seosnäyte (110) alipainetta tuot-20 tavan fluidin mukana lähtöaukon (116) kautta seosnäytteen (110) saattamiseksi virtaamaan tuloaukosta (108) kohti lähtöaukkoa (116).

13. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 5 että saatetaan seosnäyte (110) pyörimisliikkeeseen kiinteän aineen partikke- ^ leiden erottelemiseksi mittausnäytteestä (122). δ i g 25

14. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, x että saatetaan seosnäyte (110) pyörimisliikkeeseen putkimaisen tuloaukon (108) avulla, jonka keskiakseli suuntautuu ejektorin (100) sisäpinnan tangentin p suuntaisesti. LO

15. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, C\J 30 että syötetään laimennusfluidia näytekanavaan (112) fluidikanavasta (114).

16. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että palotila (400) on höyryturbiinikattila. 't δ c\j δ CD O X CC CL CO o m δ c\j