FI74352C - System och foerfarande foer maetning av koncentrationen hos en gas i en gasstroem. - Google Patents

Description

χ 74352 Järjestelmä ja menetelmä kaasun tiheyden mittaamiseksi kaasuvirrasta Tämä keksintö koskee järjestelmää tietyn kaasun tiheyden määrittämiseksi kaasuvirrasta.

Energiaa tuotetaan usein fossiilisia polttoaineita polttamalla ja palamistapahtuma tuottaa kaasuja, jotka syötetään savupiipun kautta ilmakehään. Poistokaasut ovat normaalisti kemiallisten yhdisteiden seos sisältäen esim. hiilimonoksidia, hiilidioksidia, rikkidioksidia, typpioksidia ja muita kaasuja samoin kuin kiinteitä hiukkasia. Säännöstely-viranomaiset vaativat usein, ettei enempää kuin tarkoin määrättyjä maksimikaasumääriä ja hiukkasia syötetä savupiipun läpi ilmakehään. Näin ollen, jotta noudatettaisiin sellaisia määräyksiä, on tarpeen määrittää tiettyjen kaasujen tiheys savupiipun kaasuvirrasta.

Englantilainen patentti 1 327 377 esittää järjestelmän savupiipun kautta poistuvissa kaasuissa olevien hiukkasten määrän mittaamiseksi. Järjestelmä käsittää lieriön, joka voidaan asettaa savupiippuun niin, että poistokaasut, jotka sisältävät hiukkasia, virtaavat lieriössä olevien aukkojen läpi. Lieriön toisessa päässä on lamppu ja valokenno ja toisessa päässä on heijastava prisma. Toiminnassa ollessaan lampusta tuleva valo kulkee lieriön läpi ja heijastuu prismasta takaisin valokennoon. Valon kulkiessa lieriön läpi, hiukkaset katkaisevat osan valonsäteestä vaimentaen sitä näin. Täten valokennon herkkyyttä käytetään kaasussa olevien hiukkasten määrän määrittämiseen. Tämä järjestelmä on sopimaton jonkun tietyn kaasun tiheyden mittaamiseen monista syistä johtuen. Esim. lieriössä olevien hiukkasten määrän vaihtelu saisi aikaan arvaamatonta vaihtelua valokennon vastaanottaman valon mittauksessa. Hiukkaset myös kasaantuisivat lieriön sisäpuolelle aiheuttaen arvaamatonta 74352 vaihtelua vastaanotetun valon mittauksessa.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan järjestelmä ja menetelmä tietyn kaasun tiheyden määrittämiseksi kaasuvirras-ta täsmällisesti ja tehokkaasti. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit käyvät ilmi oheisten patenttivaatimusten vaatimuksista 1 ja 8.

Tämän keksinnön toinen tarkoitus on saada aikaan järjestelmä ja menetelmä jonkin tietyn kaasun tiheyden mittaamiseksi savupiipussa käyttäen hyväksi laitetta, joka on asennettu vain toiselle puolelle savupiippua.

Tämän keksinnön 1isätarkoitukset ja edut käyvät selville selityksestä ja piirroksista, jotka ovat vain esimerkkeinä eivätkä rajoita keksintöä, jonka määrittelevät vaatimukset ja sitä vastaavat.

Kuva 1 on sivukuva parhaasta sovel1utusmuodosta leikattuna. Kuva 2 on poikki leikkauskuva kuviosta 1 leikattuna pitkin viivaa 2-2.

Viitaten kuvaan 1 tällä hetkellä parhaana pidetty sovellu-tusmuoto käsittää tukikehikon 10, johon on kiinnitetty heijastimeen 16 kytketty valolähde valon yhdensuuntaistamiseksi ja ohjaamiseksi. Sana "valo" tässä käytettynä sisältää in-frapunan, näkyvän, ui traviol etin ja muut vastaavat sähkömagneettiset säteilyt. Myöskin tukikehikkoon liitettynä lähellä valolähdettä 12 on ilmaisin 18, valolähteestä 12 tulevan valon havai tsemi seksi ja valovoimakkuutta vastaavan sähköi-sen merkin antamiseksi. Ilmaisimeen 18 liitettynä on laite, ei esitetty, ilmaisimesta tulevan merkin vastaanottamiseksi ja käsittelemiseksi. Samoin tukikehikkoon 10 kiinnitettynä on koetin 19, joka on esitetty savupiipun 21 seinän läpi paikalleen pantuna. Koetin käsittään ylemmän valoputken 20 ja alemman valoputken 24. Valoputkissa on lieriöt, joiden sisäpinnat on tehty kiillotetusta metallista. Ylemmän valoputken 20 oikea pääty sijaitsee valolähteen 74352 12 vieressä niin, että valon, jonka heijastin on yhdensuuntaistanut, vastaanottaa valoputken 20 oikea pääty ja valo kulkee valoputken läpi oikealta vasemmalle kuvassa 1 olevien nuolien mukaan.

Ylemmän valoputken 20 vasemmassa päädyssä on ylempi heijastin 26. Heijastin tai peili 26 käsittää tasaisen metalli-levyn, jonka sisäpinta on tehty kiillotetusta metallista. Ylemmän heijastimen 26 alareunaan kiinnitettynä on alempi heijastin tai peili 28, joka ylemmän heijastimen tavoin on tehty kiillotetusta metallista.

Alempi valoputki 24 on kiinnitetty vasemmasta päädystään alemman peilin 28 oikeaan reunaan. Täten ylempi ja alempi heijastin 26 ja 28 muodostavat kaasutiiviin liitännän ylemmän ja alemman valoputken 20 ja 24 vasemmanpuoleisten päätyjen välillä. Ylempi ja alempi heijastin 26 ja 28 aikaansaavat heijastuspinnat valon heijastamiseksi ylemmän valo-putken 20 vasemmasta päädystä alaspäin alempaan valoputkeen 24 ja sen läpi. Alemman valoputken 24 oikea pääty on liitetty tukikehikkoon ilmaisimen 18 lähellä niin, että olennaisesti kaikki valo, joka tulee valoputken 24 oikeasta päädystä, törmää ilmaisimeen 18.

Kummankin valoputken 20 ja 24 kummallekin sivulle on tehty kolme porttia 30. Kaasua läpipäästäviä materiaalipaloja 32 on kiinnitetty valoputkien ulkopinnalle, jotta kaasu pääsisi porttien 30 läpi, mutta eivät kiinteät materiaali-hiukkaset. Käytännössä hyvä materiaali kaasua läpipäästä-väksi aineeksi 32 on huokoinen ruostumatonta terästä oleva huopa, jonka on havaittu sallivan kaasun läpikulun, mutta ei salli kiinteiden materiaalihiukkasten läpimenoa.

Sulkuvälineet, jotka käsittävät lieriön 40 ja pyöreän levyn 42, on laitettu kummankin valoputken 20 ja 24 oikeaan päätyyn. Erityisesti kummassakin lieriössä 40 on avoin oikea pääty ja sen vasemman päädyn sulkee tiiviisti pyöreä levy 74352 42. Lieriössä 40 on koholla olevat osat 45 lähellä niiden oikeaa päätyä niin, että lieriöt 40 voidaan asettaa sisään valoputkiin ennaltamäärätyn matkan, ennen kuin koholla olevat osat koskettavat valoputkia. Kumpikin lieriö 40 on määrätty kokonsa puolesta sopimaan tiiviisti valoputken sisään, ja 0-renkaat 41 toimivat yhdessä lieriöiden ja valoputkien kanssa auttaen tiivistämistä. Täten estetään kaasun pääsy valoputkien oikeanpuoleisista päädyistä.

Viitaten edelleen kuvaan 1 esitetään tarkistusjärjestelmä, joka on liitetty koettimeen 19. Tarkistusjärjestelmä käsittää putken 43, joka on liitetty kaasuvirran yhteyteen koettimeen 19 peilien 26 ja 28 liistoskohdassa. Koettimen 19 vasemman päädyn lähellä putki 43 on taivutettu kierukaksi 44. Kierukka on liitetty putkeen 46, joka on oleellisesti samansuuntainen kuin alempi valoputki 24 ja kulkee sen lähellä. Putki on yhdistetty T-kappaleeseen 48, joka puolestaan on yhdistetty venttiileihin 50 ja 54. Venttiili 50 on liitetty toiseen kaasulähteeseen 52.

Siirtyen nyt kuvaan 2, koetin esitetään poikkileikkauksena, kun se katkaisee savupiipun 21 läpi virtaavan kaasuvirran. Kaasuvirtaa kuvataan nuolella 70. Täten voidaan nähdä, että osat 30 sijaitsevat niin, että kaasuvirta ei törmää suoraan kaasua läpipäästävään materiaaliin 32. Pikemminkin portit 30 sijaitsevat niin,että kaasuvirta olennaisesti sivuaa materiaalia 32. Näin ollen kaasun 70 mukana kulkeutuvat hiukkaset eivät pyri kiinnittymään kaasua läpipäästävään aineeseen 32 vaan kulkeutuvat sen ohi sillä seurauksella, että aine 32 pysyy suhteellisen puhtaana samalla kun annetaan kaasun kulkea sen läpi, kuten nuolet 72 osoittavat. Tämä porttien 32 edullinen sijainti voidaan selittää siten, että ne sijaitsevat niin, että taso, joka on yhtenevä molempien valoputkien porttien kanssa on olennaisesti yhdensuuntainen kaasuvirran suunnan kanssa.

5 74352

Toiminnassa ollessaan koetin 19 on laitettu piipun 21 sisään niin, että kaasuvirta kulkee koettimen 19 ympäri.

Kaasu tunkeutuu läpi kaasua läpipäästävän aineen 32, täyttäen siten valoputket 20 ja 24 kaasulla, joka on samaa kuin piipussa 60, paitsi että kaasu valoputkissa 20 ja 24 ei sisällä mitään merkityksellistä kiinteiden hiukkasten määrää. On ymmärrettävä, että porttien 30 sijainnista johtuen valoputkissa 20 ja 24 olevien kaasujen tiheys tulee nopeasti samaksi kuin piipussa 60 olevien kaasujen tiheys. Kokeilu on nyt osoittanut, että normaalisti kuluu vähemmän kuin 20 s tasapainon saavuttamiseen piipussa ja valoputkissa olevien kaasujen välillä. Tarkemmin sanoen nyt tehdyissä kokeissa, kun piipussa olevan kaasun tiheys muuttuu, putkissa olevan kaasun tiheys nousee 95 %:iin lopullisesta arvostaan alle 20 sekunnissa.

Sulkulaitteet on sijoitettu valoputkiin niin,että niiden koholla olevat osat 45 koskettavat putkien päitä. Näin ollen levyt 42 sijaitsevat tietyllä etäisyydellä valoputkien oikeanpuoleisista päädyistä ja valoputkien sisältämällä levyjen 42 välisellä kaasupatsaalla on tietty pituus, joka voidaan tarkasti hallita. Tämän pituuden hallinta on kriittisen tarkkaa, koska valoputkessa olevan kaasupatsaan absor-boima valo riippuu suoraan kaasupatsaan pituudesta. Näin ollen mahdollisuus hallita kaasupatsaan pituutta on suorassa suhteessa järjestelmällä saavutettavien mittausten tarkkuuteen. Käytännössä on nyt huomattu, että lieriöihin 40 yhdistetyt levyt 42 aikaansaavat erittäin tarkan keinon kaasupatsaan pituuden hallitsemiseksi.

Valolähde 12 synnyttää valonsäteen, joka kulkee valoputkien läpi nuolien osoittamalla tavalla ja törmää ilmaisimeen 18. Käytännössä, jos halutaan mitata esimerkiksi hiilimonoksidin (CO) tai hiilidioksidin (CO2) tiheys, lähteen 12 lähettämän valon tulisi olla infrapuna-alueella. Levyjen 42 täytyy olla materiaalista, joka on läpinäkyvää lähteen 74352 12 synnyttämälle valolle. Esimerkiksi jos käytetään infrapunavaloa, levyt 42 voidaan tehdä safiirista.

Nyt voidaan arvioida, että valoputkien 20 ja 24 läpi mene-mä valo kulkee tarkalleen määrätyn matkan koettimessa olevan kaasun läpi. Se tarkoittaa sitä, että valo kulkee ylemmässä koettimessa 20 olevalta levyltä 42 heijastimeen 26 ja sieltä heijastimeen 28 ja sitten alemman valoputken 24 levyyn 42 samalla kun se kulkee koettimessa olevan kaasun läpi. Tämä tapahtuu valoputkissa olevista naarmuista ja poikkeamista huolimatta tai siitä huolimatta, että valo-putkissa on läsnä jotain hiukkasmaista materiaalia. Toisaalta, jos käytettäisiin järjestelmää, joka käyttää hyväkseen yhtä ainoaa lieriötä, kuten on esitetty em. englantilaisessa patentissa 1 327 377, kaasujen tiheyden mittaamiseen, valo voisi heijastua kaasussa olevista hiukkasista tai naarmuista tai muista poikkeamista, kulkematta tiettyä matkaa kaasun läpi. Näin ollen valon imeytymisaste olisi osittain riippuvainen näistä muuttuvista tekijöistä eikä sen vuoksi olisi täysin ennustettavissa. Tämä johtaisi virheelliseen kaasun tiheyden mittaamiseen.

Kun tämä järjestelmä on toiminut jonkin aikaa, voi olla tarpeen suorittaa toiminnan tarkistus, jotta saavutettaisiin suurin mahdollinen tarkkuus sähköisestä käytöstä ja muista tekijöistä johtuen. Ensimmäinen vaihe tarkistuksessa käsittää koettimen suihkuttamisen piipun ulkopuolelta otetulla puhtaalla ilmalla. Tämä tehdään avaamalla venttiili 50 ja pumppaamalla ilmaa pumpun 49 kautta putken 43 läpi koettimeen. Ilma virtaa sitten ulospäin porttien 30 läpi täyttäen täten koettimen puhtaalla ilmalla ja karkottaen hiukkaset, joita voi olla jäänyt kiinni läpäisevään aineeseen 32.

Sen jälkeen kun puhdas ilma on täyttänyt koettimen 19, pumpataan ilmaa yhä koettimeen 19 sen pitämiseksi täynnä puhdasta ilmaa koetinta ympäröivää kaasunpainetta vastaan.

7 7-1352

On tunnettua, että hiilimonoksidin ja hiilidioksidin tiheys on suurin piirtein nolla, sen vuoksi näiden kahden kaasun mittaukset suoritetaan ja jos niitä ei havaita nolliksi, järjestelmä kalibroidaan nollaan. Sen jälkeen suljetaan venttiili 50 ja avataan venttiili 54 niin, että tunnetun tiheyden omaava hiilimonoksidi- ja hiilidioksidi-virta voidaan pumpata koettimeen 19 säiliöstä 52. Hiilimonoksidin ja hiilidioksidin seos täyttää koettimen 19 ja kaasuseosta pumpataan jatkuvasti sisään koetinta 19 ympäröivää kaasunpainetta vastaan. Kun koetin on täynnä tietyn tiheyden omaavaa kaasuseosta, näiden kahden kaasun tiheydet mitataan. Jos mitatut tiheydet eivät ole yhteneviä tunnettujen tiheyksien kanssa, järjestelmää säädetään.

Kun kalibrointi ja nollaus on suoritettu, järjestelmä on tarkistettu. Venttiili 54 suljetaan ja järjestelmä voi uudelleen ryhtyä normaaliin toimintaan. On ymmärrettävä, että kaasun O-arvojen määrityksen ja asteikon kalibrointitarkis-tuksen aikana on tärkeätä, että kaasu koettimessa 19 on olennaisesti samassa lämpötilassa kuin piipussa 60 oleva kaasu. Tämän saavuttamiseksi lähteestä 49 tuleva ilma ja kaasut lähteestä 52 kulkevat läpi kierukan 44, joka sijaitsee lähellä koettimen 19 vasenta päätyä. Kierukka 44 sijaitsee piipun 60 läpi virtaavassa kaasuvirrassa niin, että kierukassa olevia kaasuja kuumennetaan olennaisesti samaan lämpötilaan kuin piipussa olevia kaasuja.

Claims (8)

1. Järjestelmä kaasun tiheyden mittaamiseksi kaasuvir-rasta, joka järjestelmä käsittää: a) valoa synnyttävän laitteen (12) valonsäteen aikaansaamiseksi ; b) valon i1maisinlaitteen (18) valonsääteen vastaanottamiseksi mainitusta valoa synnyttävästä laitteesta ja vastaanotetun valonsäteen voimakkuutta vastaavan signaalin antamiseksi ; c) onton, pitkänomaisen koettimen (19) sijoitettavaksi kaa-suvirtaan, jonka koettimen toisessa päässä sijaitsevat mainitut valoa synnyttävät laitteet ja vaioni1maisinlaitteet, koettimen seinämässä on aukko tai aukkoja (30) kaasujen kulkeutumisen sallimiseksi mainitusta kaasuvirrasta koettimen sisään, ja koettimen toisessa päässä sijaitsevat heijastimet (26, 28) koettimelle valoa synnyttävältä laitteelta kulkevan valon heijastamiseksi takaisin vaioni1maisinlaitteel1 e, tunnettu siitä, että koetin (19) käsittää kaksi valoputkea (20, 24), ensimmäisen valoputken ensimmäisen päädyn ollessa mainitun valoa synnyttävän laitteen (12) vieressä ja sen toisen päädyn ollessa mainitun heijastimen (26) vieressä ja toisen valoputken ensimmäisen päädyn ollessa mainitun valonil-maisinlaitteen (18) vieressä ja sen toisen päädyn ollessa heijastimen (28) vieressä, jolloin valoa synnyttävästä laitteesta emittoitunut valo kulkee ensimmäistä valoputkea pitkin heijastimille, jotka heijastavat sen takaisin pitkin toista valoputkea i1maisinlaitteelle; ja että kummassakin valoput-kessa on kaasua läpäisevät välineet (32) asennettuina valo-putkien aukkoihin (30) kaasun, mutta ei hiukkasmaisen materiaalin, kulkeutumisen sallimiseksi mainitusta kaasuvirrasta mainittujen valoputkien sisään.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää sulkulaitteet (40-42), jotka on laitettu ensimmäisen ja toisen valoputken (20, 24) sisään sulkemaan mainittujen valoputkien ensimmäiset päädyt ja ollen sää- 9 35 2 elettävissä pitkin putkia tekemään mahdolliseksi mainituissa putkissa olevan kaasupatsaan pituuden täsmällisen säädön.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että sulkulaitteet käsittävät kaksi levyä (42), jotka on tiiviisti kiinnitetty yksi kummankin mainitun valoputken (20, 24) sisäpuolelle, mainittujen levyjen ollessa ainetta, joka on läpinäkyvää mainitun vaioasynnyttävän laitteen tuottamalle valolle.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että valoputket (20, 24) ovat olennaisesti lieriön muotoiset ja sijaitsevat yhdensuuntaisesti toistensa kanssa niin, että mainittu koetin (19) voi sijaita kaasuvir-rassa toinen putki toisen yläpuolella molempien putkien akselien ollessa kohtisuorassa kaasuvirtaan nähden.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kaasua läpipäästävät osat (32) käsittävät joukon portteja (30) kummankin valoputken (20, 24) sivuilla ja sijaiten niin, että molemmissa valoputkissa olevien porttien kanssa yhtenevä taso on olennaisesti samansuuntainen kaasu-virran suunnan kanssa.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se sisältää tarkistus-laitteet (44).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se tarkistuslaitteet muodostuvat ainakin toisen mainitun valoputken (20, 24) kanssa kaasuvirtauksen yhteyteen kytketystä putkesta (43) ja laitteista, joilla johdetaan tar-kistuskaasua ainakin toiseen mainituista valoputkista mainitun putken kautta ja jossa mainittu putki sijaitsee mainitun koettimen vieressä niin, että kun koetin sijaitsee kaasuvir-tauksessa, putken ja sen läpi virtaavan tarkistuskaasun ollessa olennaisesti samaniämpöisiä kuin virtaavat kaasut. 74352

7 4 3 5 2 Patentti vaatimukset

8. Menetelmä kaasun tiheyden mittaamiseksi kaasuvirras- sa, joka menetelmä käsittää: koettimen (19) asettamisen kaa-suvirtaan, kaasujen johtamisen koettimeen kaasuvirrasta, valonsäteen lähettämisen toisen putken läpi sen toisesta päädystä, ja säteen heijastamisen toisessa päädyssä takaisin mainittuun ensimmäiseen päätyyn siten, että kaasu vaimentaa sädettä putkessa, ja koettimesta tulevan valonsäteen voimakkuuden mittaamisen mainitussa ensimmäisessä päädyssä, tunnettu siitä, että valonsäde johdetaan ensimmäisen sylinteri-mäisen valoputken (20) läpi sen ensimmäisestä päädystä heijastimeen (26) sen toisessa päädyssä, heijastimen ollessa yhdistettynä ensimmäisen valoputken ensimmäisen pään ja toisen sylinterimäisen valoputken (24), joka on asennettu yhdensuuntaisesti ensimmäisen valoputken kanssa, viereisen pään välille, säde lähetetään edelleen takaisin toista valoputkea pitkin, jolloin siitä tulevan valonsäteen voimakkuus mitataan, ja että koettimeen johdetut kaasut suodatetaan ainoastaan kaasua läpäisevillä välineillä hiukkasmaisen materiaalin pääsyn estämiseksi koettimen valoputkiin. 11 74352