WO2014187689A1 - Vorrichtung und verfahren zum erzeugen eines gasstroms von einem raum zu einem gassensor - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum erzeugen eines gasstroms von einem raum zu einem gassensor Download PDF

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WO2014187689A1
WO2014187689A1 PCT/EP2014/059617 EP2014059617W WO2014187689A1 WO 2014187689 A1 WO2014187689 A1 WO 2014187689A1 EP 2014059617 W EP2014059617 W EP 2014059617W WO 2014187689 A1 WO2014187689 A1 WO 2014187689A1
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gas
housing
heating
sensor
riser
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PCT/EP2014/059617
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Erhard Magori
Maximilian Fleischer
Holger Hackstein
Roland Pohle
Uwe Scheithauer
Oliver von Sicard
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
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    • G01N1/2247—Sampling from a flowing stream of gas
    • G—PHYSICS
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    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2247—Sampling from a flowing stream of gas
    • G01N1/2258—Sampling from a flowing stream of gas in a stack or chimney
    • G01N2001/2261—Sampling from a flowing stream of gas in a stack or chimney preventing condensation (heating lines)

Definitions

  • the invention relates to the selective generation of a stream of a gas to be analyzed from one room to another
  • gas sensors When operating an industrial plant in which gases are generated or processed, whose parameters such as composition, temperature, etc., must be monitored, appropriate gas sensors are used. Often, however, such gas sensors can not be positioned directly at the measuring location, since there prevail for the sensor unsuitable environmental parameters such as, for example, too high temperatures or too limited space. Nevertheless, in order to be able to determine the gas parameters, it is necessary to place the sensors at a suitable distance from the measuring location. In this case, the gas to be analyzed must be supplied to the gas sensor from the measuring location via a suitable supply line.
  • DE102012217596 uses sensor devices for measuring corrosive conditions in a boiler of a cogeneration plant, which have a gas passage through the boiler wall with an opening to the interior of the boiler and a sensor chamber outside the boiler.
  • a sensor element for detecting the stoichiometry of a combustion occurring in the boiler is arranged to monitor the combustion, inter alia, to improve energy efficiency and to limit emissions.
  • the sensor in the sensor chamber is therefore arranged separately from the actual measuring location. If the sample gas is in an area with a negative pressure or generally with varying pressure conditions, the gas must actively move from the measurement site to the sensor element to ensure continuous and reliable monitoring to get promoted.
  • the system can, for example, be operated without a pump, using as a transport mechanism for the gas from
  • the inventive device for generating a gas flow to a gas sensor for analyzing a gas in a room has a housing in which the gas sensor for analyzing at least a part of the gas can be positioned at a certain position. Furthermore, a gas supply for connecting the housing to the space for supplying the part of the gas from the space into the housing and to the specific position and a gas discharge for discharging the gas from the housing are provided.
  • the device is characterized by a device for generating a gas flow at least one Part of the gas from the room via the gas supply into the housing to the specific position and further to the gas discharge by means of thermal convection.
  • the specific position for positioning the gas sensor in the flow direction of the gas flow is located in front of the device for generating the gas flow.
  • the gas sensor is positioned at the specific position in the housing, so this is also in
  • the gas sensor is arranged at the specific position in the housing and the heating device comprises a heating element of the gas sensor for heating a sensor element of the gas sensor. It is therefore used an already existing heat source for triggering the thermal convection. An additional heater is not necessary.
  • the device for generating the gas stream advantageously has a riser, which is arranged such that the heated by the heater gas rises in the riser. The use of a riser, in particular in place of a free propagation of the heated gas, allows a targeted guidance of the heated gas and thus a higher efficiency of the effect of the thermal convection.
  • the heating device comprises a heating element arranged on the riser pipe for heating the riser pipe and the gas located in the riser pipe. The arrangement of the heating element directly on the riser tube a maximum heat transfer from the heating element is achieved on the gas. Connected with this, the heating element can thus be operated with maximum efficiency.
  • the means for generating the gas flow on a cooling device for cooling the gas in the housing for triggering the thermal convection.
  • the means for generating the gas stream further comprises a downpipe, wherein the downpipe is arranged such that the cooled by the cooling device gas in the downpipe decreases.
  • the cooling device comprises a cooling element arranged on the downpipe for cooling down the downpipe and the gas located in the downpipe.
  • the arrangement of the cooling element directly on the downpipe a maximum cooling effect of the gas is achieved. Connected with this, the cooling element can therefore be operated with maximum efficiency.
  • the device advantageously has a control electronics for the targeted adjustment of the temperature of the heating device and / or the cooling device. In this way, the effect of the thermal convection and its efficiency and strength and thus the gas flow can be adjusted specifically.
  • the gas flow according to the invention by means of the effect of the thermal convection Housing produced.
  • the gas is heated to trigger the effect of the thermal convection in the housing such that the heated gas rises in a riser of the housing. This ensures that the thermal convection can be triggered specifically.
  • the use of the riser allows, in particular in place of a free propagation of the heated gas, a targeted guidance of the heated gas and thus a higher efficiency of the effect of the thermal convection.
  • the gas sensor is arranged at the specific position in the housing.
  • the gas sensor has a sensor element and a heating element for heating the sensor element, wherein the heating of the gas for triggering the effect of the thermal convection by means of the heating element of the gas sensor. It is therefore used an already existing heat source for triggering the thermal convection. An additional heater is not necessary.
  • the heating of the gas to trigger the effect of the thermal convection by means of a heating element arranged on the riser for heating the riser and the gas located in the riser takes place. By the Order of the heating element directly on the riser, a maximum heat transfer from the heating element is achieved on the gas. Connected with this, the heating element can thus be operated with maximum efficiency.
  • the gas for triggering the effect of the thermal convection in the housing can be cooled in such a way that the cooled gas sinks in a downpipe of the housing. This in turn ensures that the thermal convection can be triggered specifically. Furthermore, the use of the downpipe, in particular in place of a free propagation of the cooled gas, allows a targeted guidance of the cooled gas and thus a higher efficiency of the effect of the thermal convection.
  • the cooling of the gas to trigger the effect of the thermal convection by means of a cooling element arranged on the downpipe to cool the downpipe and the gas located in the downcomer takes place.
  • the arrangement of the cooling element directly on the downpipe a maximum cooling effect on the gas is achieved. Connected with this, the cooling element can therefore be operated with maximum efficiency.
  • the gas to be measured is sucked out of the space through the gas supply into the housing by utilizing the effect of the thermal convection. After the gas has swept the gas sensor and was analyzed by this, it is removed by the gas discharge again from the housing and, for example, led back into the room. Depending on the field of application of the device for gas analysis, it is generally also possible that the gas is not returned to the room but to the atmosphere or to another suitable location, ie the gas discharge is not connected to the room.
  • the terms “vertical” and “horizontal” refer to a global coordinate system oriented on the gravitational effect. The same applies to terms such as “up” and "down”.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the device for analyzing a gas in a room
  • 3 shows a third embodiment of the device for
  • Analysis of a gas in a room 4 shows the device for analyzing a gas in a
  • the 1 shows a device 1 for analyzing a gas 2 in a room 3 according to the present invention as well as a part of the room 3.
  • the room 3 may be a boiler of a cogeneration plant, for example the furnace.
  • the device 1 has a gas sensor 10 for analyzing the gas 2, which is arranged in a housing 20 of the device 1.
  • the gas sensor 10 has a sensor element 11 for analyzing a gas 2 'sweeping over the gas sensor 10.
  • the sensor element 11 may be a high-temperature gas sensor, for example a gallium oxide-based semiconductor gas sensor.
  • the gas sensor 10 is connected to a control electronics 50 of the device 1 for reading and optionally evaluating the sensor data.
  • the gas sensor 10 for example, because of the aforementioned, in the immediate vicinity of the space 3 unsuitable parameters spaced from the space 3 is arranged.
  • the device 1 has a gas supply 21 for connecting the space 3 to the housing 20.
  • the gas supply 21 serves to supply at least a part 2 'of the gas 2 from the space 3 through an inlet opening 23 of the housing 20 into the housing 20 and thus to the gas sensor 10 located in the housing 20 so that the gas 2' is analyzed there can.
  • the housing 20 may further comprise means 25 such as specially arranged walls or channels, with which the gas 2 'from the gas supply 21 targeted to the gas sensor 10 and possibly to other components of the housing 20, such as the below to be introduced riser 32 and / or downpipe 35, can be steered.
  • means 25 such as specially arranged walls or channels, with which the gas 2 'from the gas supply 21 targeted to the gas sensor 10 and possibly to other components of the housing 20, such as the below to be introduced riser 32 and / or downpipe 35, can be steered.
  • means 25 such as specially arranged walls or channels, with which the gas 2 'from the gas supply 21 targeted to the gas sensor 10 and possibly to other components of the housing 20, such as the below to be introduced riser 32 and / or downpipe 35, can be steered.
  • the device 1 has a gas discharge 22, which connects the housing 10 with the space 3.
  • the gas outlet 22 serves for discharging the gas 2 'through an outlet opening 24 of the housing 20 out of the housing 20, after the gas 2' has swept over the gas sensor 10.
  • a device 30 for generating a gas flow 40 of at least part 2' of the gas 2 from the space 3 via the gas supply 21 into the housing 20 to the gas sensor 10 and on to Gas discharge 22 is provided.
  • the operation of this device 30 is based on the effect of thermal convection.
  • the device 30 for generating the gas stream 40 in a first embodiment, a combination of a heater 31 for heating the gas 2 'in the housing 10 and a riser 32.
  • the heating device 31 comprises a heating element 31, which may, for example, be an electrical resistance heater.
  • the riser 32 is integrated into the housing 20 in FIG. 1 or constructed by corresponding walls 25 in the housing 20. Alternatively, the riser 32 but also be attached to the outside of the housing 20 so that the heated gas 2 'can pass through an additional opening of the housing 20 in the riser 32 (not shown).
  • the riser 32 has a longitudinal axis 33 along which the gas stream 40 moves through the riser 32, i. the flow direction 40 of the gas 2 'in the riser 32 is oriented substantially along the longitudinal axis 33.
  • the riser 32 is oriented such that the orientation of the longitudinal axis 33 has at least one vertical component, i. in particular, it is not aligned horizontally. In extreme cases, the riser 32 and the longitudinal axis 33 are aligned exactly vertically.
  • the heating element 31 is arranged on the riser pipe 32, so that the riser pipe 32 and thus in particular the gas 2 'reaching the housing 20 from the space 3 is heated by means of the heating element 31 in the riser pipe 32.
  • the effect of the thermal convection then causes the heated gas 2 'rises in the riser 32 upwards.
  • a suction is generated in the housing 20.
  • This suction in turn causes a part 2 'of the gas 2 is sucked from the room 3 via the gas supply 21 into the housing 20, so that a steady gas flow 40 is ensured, at least as long as the gas 2' is heated in the housing 20.
  • the heating element 31 seen in the gas flow direction 40 may also be arranged at least partially in front of the riser 32 (not shown). Accordingly, the gas 2 'in addition to be heated before it enters the riser 32, whereby the effect of thermal convection can be increased.
  • the heating element 31 may be controllable by means of the control electronics 50 such that its temperature or the temperature of the gas 2 'in the housing 20 and in particular in the riser 32 can be influenced in a targeted manner. This can be the effect of thermal convection and thus the suction and the gas flow 40 targeted influence.
  • the device 30 for generating the gas flow 40 has a combination of a drop tube 35 and a cooling device 36 for cooling the gas 2 'in the housing 20.
  • the drop tube 35 is integrated into the housing 20 of the device 1 or constructed by corresponding walls 25 in the housing 20, but may also be attached to the outside of the housing 20 so that the heated gas 2 'by an additional opening of the housing in the Drop tube 35 can reach (not shown).
  • the drop tube 35 has a longitudinal axis 37 along which the gas stream 40 moves through the drop tube 35, i. the flow direction of the gas 2 'in the downpipe 35 is oriented substantially along the longitudinal axis 37.
  • the drop tube 35 is oriented such that the orientation of the longitudinal axis 37 has at least one vertical component, i. in particular, it is not aligned horizontally. In extreme cases, the drop tube 35 and the longitudinal axis are aligned exactly vertically.
  • the cooling device 36 comprises a cooling element 36, which is arranged on the downpipe 35, so that the downpipe 35 and thus in particular the gas 2 'reaching the housing 20 from the space 3 is cooled by means of the cooling element 36 in the downpipe 35.
  • the effect of the thermal convection causes the cooled gas 2 'in the downpipe 35 to drop.
  • a suction is generated in the housing 20.
  • This suction in turn causes a part 2 'of the gas 2 to be sucked out of the space 3 via the gas feed 21 into the housing 20, so that a steady gas flow 40 is ensured as long as the gas 2' in the housing 20 is cooled.
  • the cooling element 36 seen in the gas flow direction 40 and at least partially before Drop tube 35 may be arranged (not shown). Accordingly, the gas 2 'can additionally be cooled before it enters the downpipe 35, whereby the effect of thermal convection can be enhanced.
  • the cooling element 36 can also be controlled by means of the control electronics 50 such that its temperature or the temperature of the gas 2 'in the housing 20 and in particular in the downpipe 35 can be influenced in a targeted manner.
  • the effect of the thermal convection and thus the suction and the gas flow 40 can be specifically influenced.
  • FIG. 3 shows a third embodiment, in which the device 30 for generating the gas flow 40 comprises both the combination of a heating device or a heating element 31 and a riser 32 and the combination of a cooling device or a cooling element 36 and a downpipe 35 has.
  • the modes of operation and the respective arrangements of the components 31, 32, 35, 36 of the two combinations are as described above.
  • the heating element 31 and the riser 32 are arranged in the gas flow direction 40 in front of the cooling element 36 and the drop tube 35, but behind the gas sensor 10. Accordingly, the gas 2 'heated up by the heating element 31 rises in the riser 32, whereby a suction is generated. The gas stream 40 of the riser 32 leaving the gas 2 'then passes to the downpipe 35, where it is cooled and drops. This reinforces the suction.
  • the sequence seen in gas flow direction 40 of the combination of riser 32 and heating element 31, the combination of downpipe 35 and cooling element 36 and of the gas sensor 10 can in principle be chosen arbitrarily.
  • the heating element 31 and / or the cooling element 36 can be selectively controlled by means of the control electronics 50 so that their temperatures or the temperatures of the gas 2 'in the housing 20 and in particular in the Rising pipe 32 and / or in the downpipe 35 are selectively influenced.
  • the effect of the thermal convection and thus the suction and the gas flow 40 can be specifically influenced.
  • the devices 1 in the first to third embodiments described so far are designed in such a way that the gas flow 40 is conducted by utilizing the thermal convection from the space 3 via the gas supply 21 to the housing 20, where the gas sensor 10 passes over it, so that the gas 2 'can analyze, and further passes through the riser 32 and / or the downpipe 35 to the gas outlet 22 to be fed via this again the space 3 or another suitable destination (not shown).
  • the use of the described device 30 for generating the gas stream 40 by means of thermal convection in each embodiment thus results in a pumping action which is otherwise produced by means of external pumps or by utilizing the diffusion effect.
  • utilizing the effect of thermal convection advantageously allows the pumping action to be achieved without additional mechanical parts and without wear.
  • the pumping effect can be influenced, for example, by the choice of the height of the riser pipe 32 as well as by the adjustment of the temperature difference between the riser pipe 32 and the downpipe 35.
  • FIG. 4 further improve the efficiency and effect of the device 1.
  • the various developments are individually applicable or arbitrarily combined with each other and with the first to third embodiments described above.
  • the gas sensor 10 takes over the function of heating the gas 2 'in the housing 20 for generating the effect of the thermal convection, ie the thermal convection is by heat emission of the gas sensor 10 triggered in the operating state.
  • the heating device 31 comprises, in addition to or as an alternative to the heating element 31 described in FIGS. 1 and 3, a heating element 31 'of the gas sensor 10 which is used to heat the sensor element 11 to an operating temperature during operation of the gas sensor 10.
  • the heat generated by the heating element 31 ' can advantageously be used to produce the effect of the thermal convection.
  • the heating element 31 on the riser 32 shown in FIGS. 1 to 3 is not unconditionally required in this case and is accordingly not explicitly shown as such in FIG. 4, but may additionally be provided in the form of a further heating element to enhance the effect of the thermal convection be.
  • the heating element 31 'of the gas sensor 10 can be controlled by means of the control electronics 50, ie its temperature or the temperature of the gas 2' in the housing 20 can be influenced in a targeted manner.
  • the effect of the thermal convection and thus the suction and the gas flow 40 can be specifically influenced.
  • the control electronics 50 ie its temperature or the temperature of the gas 2' in the housing 20 can be influenced in a targeted manner.
  • the filter 26 may comprise a sintered metal or else a gas-permeable ceramic and is in particular arranged at the connection between the gas feed 21 and the housing 20, ideally in the gas flow direction 40 immediately in front of the inlet opening 23 of the housing 20.
  • the gas sensor 10 has a cover 13 for protecting the gas sensor 10 against contamination.
  • the cover 13 is made porous to ensure that the gas 2 'to be analyzed can reach the sensor element 11 of the gas sensor 10.
  • a heating of the riser 32 and a simultaneous cooling of the downpipe 35 is achieved by means of a Peltier element 38.
  • the Peltier element 38 has a heating section 38 'and a cooling section 38 ", wherein the heating section 38 'assumes the function of the heating element 31 mentioned in FIGS 1 and 3 at the riser 32 and heats the gas 2' in the riser pipe 36, which was mentioned in FIG 2 and FIG 3, and cools the gas 2 'in the downpipe 36 from.
  • the heating element 31 and the cooling element 36 are combined in the Peltier element, ie it is possible to dispense with providing a separate heating element 31 and a separate cooling element 36.
  • the Peltier element 38 can be selectively controllable by means of the control electronics 50, ie the temperatures of the gas 2 'in the riser pipe 32 and in the down pipe 35 can be selectively influenced.
  • the effect of the thermal convection and thus the suction and the gas flow 40 can be specifically influenced.
  • the gas feed 21 and the gas discharge 22 are realized as separate pipes 21, 22 between the space 3 and the housing 20.
  • a single pipe 27 may be provided for connecting the housing 20 to the space 3, wherein the pipe 27 has a longitudinal wall 27 disposed on the partition wall 28, the cross section of the pipe 27 into a first channel 21 '. and a second channel 22 'separates.
  • the first channel 21 ' represents the gas supply 21, while the second channel 22' represents the gas discharge 22.
  • the gas supply 21 and the gas outlet 22 alone through the inlet opening 23 and the outlet opening 24th be realized of the housing 20.
  • the housing 20 then directly adjoins the space 3 and a part 2 'of the gas 2 is conveyed with the aid of thermal convection via the gas supply 21 in the form of the inlet opening 23 in the housing 20 and after sweeping the gas sensor 10 and fürstricken Run the riser 32 and / or the downpipe 35 via the gas outlet 22 in the form of the outlet opening 24 again passed into the room 3.

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Abstract

Zur Analyse eines in einem Raum befindlichen Gases mit Hilfe eines beabstandet zum Raum angeordneten Gassensors muss ein Gasstrom des zu analysierende Gases von dem Raum zu dem Gassensor erzeugt werden. Der Gassensor wird in einem Gehäuse angeordnet, welches über eine Gaszuführung mit dem Raum verbunden ist. Das Gehäuse weist eine Einrichtung zur Erzeugung des Gasstroms mittels des Effekts der thermischen Konvektion im Gehäuse auf. Aufgrund der thermischen Konvektion im Gehäuse wird ein Sog erzeugt, der bewirkt, dass Gas aus dem Raum über die Gaszuführung zum Gehäuse und zum Gassensor gesogen wird.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Gasstroms von einem Raum zu einem Gassensor
Die Erfindung betrifft das gezielte Erzeugen eines Stroms eines zu analysierenden Gases von einem Raum zu einem
beabstandet vom Raum angeordneten Gassensor. Beim Betrieb einer industriellen Anlage, bei der Gase erzeugt oder verarbeitet werden, deren Parameter wie bspw. Zusammensetzung, Temperatur etc. überwacht werden müssen, kommen entsprechende Gassensoren zum Einsatz . Häufig können derartige Gassensoren jedoch nicht direkt am Messort positioniert wer- den, da dort für den Sensor ungeeignete Umgebungsparameter vorherrschen wie bspw. zu hohe Temperaturen oder zu beengte Platzverhältnisse. Um die Gasparameter dennoch bestimmen zu können, ist es erforderlich, die Sensoren in einem geeigneten Abstand vom Messort zu platzieren. Das zu analysierende Gas muss dem Gassensor in diesem Fall vom Messort über eine geeignete Zuleitung zugeführt werden.
Bspw. werden in DE102012217596 zur Messung von korrosiven Bedingungen in einem Kessel eines Heizkraftwerks Sensoreinrich- tungen eingesetzt, die eine Gasdurchführung durch die Kesselwand mit einer Öffnung zum Inneren des Kessels und eine Sensorkammer außerhalb des Kessels aufweisen. In der Sensorkammer ist ein Sensorelement zur Detektion der Stöchiometrie einer im Kessel stattfindenden Verbrennung angeordnet, um u.a. zur Verbesserung der Energieeffizienz sowie zur Begrenzung der Emissionen die Verbrennung zu überwachen. Der Sensor in der Sensorkammer ist demnach von dem eigentlichen Messort getrennt angeordnet . Falls sich nun das Messgas in einem Bereich mit einem Unterdruck oder generell mit variierenden Druckbedingungen befindet, muss das Gas zur Sicherstellung einer durchgehenden und zuverlässigen Überwachung aktiv vom Messort zum Sensorelement befördert werden. Hierzu kommen in der Regel separate Pumpen zum Einsatz, die einen Teil des Gases vom Messort absaugen und zum Sensorelement in der Sensorkammer befördern. Eine solche externe Pumpe stellt jedoch einen zusätzlichen Aufwand für das Gesamtsystem dar, wobei sich neben den entsprechenden zusätzlichen Kosten auch die eingeschränkte Betriebssicherheit und die endliche Lebensdauer der Pumpe negativ niederschlagen . Um diese durch die Verwendung der Pumpe verursachten Nachteile zu umgehen, kann das System bspw. ohne Pumpe betrieben werden, wobei als Transportmechanismus für das Gas vom
Messort zum Sensorelement die ohnehin vorhandene Diffusion des Gases verwendet wird. Dies verzögert die Messung jedoch erheblich.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur Analyse eines Gases in einem Raum anzugeben, bei der die oben aufgeführten Nachteile bzgl . der Erzeugung des Gasstroms vom Raum zum Gassensor ausgeräumt sind und bei der gewährleistet ist, dass der Gassensor während des Betriebs der Vorrichtung mit Gas überströmt ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen in Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen in
Anspruch 10 gelöst. Die jeweiligen Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen eines Gasstroms zu einem Gassensor zur Analyse eines Gases in einem Raum weist ein Gehäuse auf, in dem der Gassensor zur Analyse zumindest eines Teils des Gases an einer bestimmten Position positionierbar ist. Weiterhin sind eine Gaszuführung zur Verbindung des Gehäuses mit dem Raum zur Zuführung des Teils des Gases aus dem Raum in das Gehäuse und zu der bestimmten Position sowie eine Gasabführung zum Abführen des Gases aus dem Gehäuse vorgesehen. Die Vorrichtung zeichnet sich durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Gasstroms zumindest eines Teils des Gases vom Raum über die Gaszuführung in das Gehäuse zu der bestimmten Position und weiter zur Gasabführung mittels thermischer Konvektion aus. Vorteilhafterweise weist die Einrichtung zur Erzeugung des
Gasstroms eine Heizvorrichtung zum Aufheizen des Gases im Gehäuse zum Auslösen der thermischen Konvektion auf. Hierdurch wird sichergestellt, dass die thermische Konvektion gezielt ausgelöst werden kann.
Vorteilhafterweise liegt die bestimmte Position zur Positionierung des Gassensors in Strömungsrichtung des Gasstroms gesehen vor der Einrichtung zur Erzeugung des Gasstroms. Für den Fall, dass der Gassensor an der bestimmten Position im Gehäuse positioniert ist, liegt dieser also ebenfalls in
Strömungsrichtung des Gasstroms gesehen vor der Einrichtung zur Erzeugung des Gasstroms. Diese Anordnung erlaubt eine repräsentative Analyse des Gases, da das Gas den Gassensor erreicht, bevor es mittels der Einrichtung zur Erzeugung des Gasstroms beeinflusst wird.
In einer Weiterbildung ist der Gassensor an der bestimmten Position im Gehäuse angeordnet und die Heizvorrichtung um- fasst ein Heizelement des Gassensors zum Beheizen eines Sen- sorelements des Gassensors umfasst. Es wird demnach eine ohnehin vorhandene Wärmequelle zum Auslösen der thermischen Konvektion verwendet. Eine zusätzliche Heizvorrichtung ist nicht notwendig. Die Einrichtung zur Erzeugung des Gasstroms weist vorteilhafterweise ein Steigrohr auf, welches derart angeordnet ist, dass das durch die Heizvorrichtung aufgeheizte Gas im Steigrohr aufsteigt. Die Verwendung eines Steigrohres, insbesondere an Stelle einer freien Ausbreitung des aufgeheizten Gases, erlaubt eine gezielte Führung des aufgeheizten Gases und damit eine höhere Effizienz des Effekts der thermischen Konvektion . In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Heizvorrichtung ein an dem Steigrohr angeordnetes Heizelement zum Beheizen des Steigrohrs und des im Steigrohr befindlichen Gases. Durch die Anordnung des Heizelements unmittelbar am Steigrohr wird ein maximaler Wärmeübergang vom Heizelement auf das Gas erzielt. Damit verbunden kann das Heizelement also mit maximaler Effizienz betrieben werden.
In einer weiteren Ausführung weist die Einrichtung zur Erzeu- gung des Gasstroms eine Kühlvorrichtung zum Abkühlen des Gases im Gehäuse zum Auslösen der thermischen Konvektion auf. Hierdurch wird sicher wieder gestellt, dass die thermische Konvektion gezielt ausgelöst werden kann. Die Einrichtung zur Erzeugung des Gasstroms weist weiterhin ein Fallrohr auf, wobei das Fallrohr derart angeordnet ist, dass das durch Kühlvorrichtung abgekühlte Gas im Fallrohr absinkt. Die Verwendung eines Fallrohres, insbesondere an Stelle einer freien Ausbreitung des abgekühlten Gases, erlaubt eine gezielte Führung des abgekühlten Gases und damit eine höhere Effizienz des Effekts der thermischen Konvektion.
Vorteilhafterweise umfasst die Kühlvorrichtung ein an dem Fallrohr angeordnetes Kühlelement zum Abkühlen des Fallrohres und des im Fallrohr befindlichen Gases. Durch die Anordnung des Kühlelements unmittelbar am Fallrohr wird eine maximale Kühlwirkung des Gases erzielt. Damit verbunden kann das Kühlelement also mit maximaler Effizienz betrieben werden. In einer weiteren Ausführungsform weist die Einrichtung zur
Erzeugung des Gasstroms zumindest ein Peltierelement auf, wobei das Peltierelement im Betriebszustand eine heizende Sektion und eine kühlende Sektion aufweist und wobei die oben eingeführte Heizvorrichtung die heizende Sektion umfasst und die ebenfalls oben eingeführte Kühlvorrichtung die kühlende Sektion umfasst. Weiterhin weist die Vorrichtung vorteilhafterweise eine Steuer-Elektronik zur gezielten Einstellung der Temperatur der Heizvorrichtung und/oder der Kühlvorrichtung auf. Hierdurch können der Effekt der thermischen Konvektion sowie dessen Ef- fizienz und Stärke und damit der Gasstrom gezielt eingestellt werden .
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen eines Gas- stroms eines zu analysierenden Gases aus einem Raum über eine Gaszuführung zu einer bestimmten Position in einem Gehäuse, an der ein Gassensor zur Analyse des Gases positionierbar ist, wird der Gasstrom erfindungsgemäß mittels des Effekts der thermischen Konvektion im Gehäuse erzeugt. Das Gas wird zum Auslösen des Effekts der thermischen Konvektion im Gehäuse derart aufgeheizt, dass das aufgeheizte Gas in einem Steigrohr des Gehäuses aufsteigt. Hierdurch wird sichergestellt, dass die thermische Konvektion gezielt ausgelöst werden kann. Weiterhin erlaubt die Verwendung des Steig- rohres, insbesondere an Stelle einer freien Ausbreitung des aufgeheizten Gases, eine gezielte Führung des aufgeheizten Gases und damit eine höhere Effizienz des Effekts der thermischen Konvektion. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Gassensor an der bestimmten Position im Gehäuse angeordnet. Der Gassensor weist ein Sensorelement sowie ein Heizelement zum Beheizen des Sensorelements auf, wobei das Aufheizen des Gases zum Auslösen des Effekts der thermischen Konvektion mit Hilfe des Heizelements des Gassensors erfolgt. Es wird demnach eine ohnehin vorhandene Wärmequelle zum Auslösen der thermischen Konvektion verwendet. Eine zusätzliche Heizvorrichtung ist nicht notwendig. Vorteilhafterweise erfolgt das Aufheizen des Gases zum Auslösen des Effekts der thermischen Konvektion mit Hilfe eines am Steigrohr angeordneten Heizelements zum Aufheizen des Steigrohrs und des im Steigrohr befindlichen Gases. Durch die An- Ordnung des Heizelements unmittelbar am Steigrohr wird ein maximaler Wärmeübergang vom Heizelement auf das Gas erzielt. Damit verbunden kann das Heizelement also mit maximaler Effizienz betrieben werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Gas zum Auslösen des Effekts der thermischen Konvektion im Gehäuse derart abgekühlt werden, dass das abgekühlte Gas in einem Fallrohr des Gehäuses absinkt. Hierdurch wird wiederum sicher gestellt, dass die thermische Konvektion gezielt ausgelöst werden kann. Weiterhin erlaubt die Verwendung des Fallrohres, insbesondere an Stelle einer freien Ausbreitung des abgekühlten Gases, eine gezielte Führung des abgekühlten Gases und damit eine höhere Effizienz des Effekts der thermischen Konvektion.
Vorteilhafterweise erfolgt das Abkühlen des Gases zum Auslösen des Effekts der thermischen Konvektion mit Hilfe eines am Fallrohr angeordneten Kühlelements zum Abkühlen des Fallrohrs und des im Fallrohr befindlichen Gases. Durch die Anordnung des Kühlelements unmittelbar am Fallrohr wird eine maximale Kühlwirkung auf das Gas erzielt. Damit verbunden kann das Kühlelement also mit maximaler Effizienz betrieben werden.
Erfindungsgemäß wird demnach das zu messende Gas unter Aus- nutzung des Effekts der thermischen Konvektion aus dem Raum durch die Gaszuführung in das Gehäuses gesogen. Nachdem das Gas den Gassensor überstrichen hat und von diesem analysiert wurde, wird es durch die Gasabführung wieder aus dem Gehäuse entfernt und bspw. in den Raum zurück geführt. Je nach Ein- satzgebiet der Vorrichtung zur Gasanalyse ist generell auch möglich, dass das Gas nicht in den Raum zurück geführt wird, sondern an die Atmosphäre oder an einen anderen geeigneten Ort, d.h. die Gasabführung ist nicht mit dem Raum verbunden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich die Begriffe „vertikal" und „horizontal" auf ein globales, an der Gravitationswirkung orientiertes Koordinatensystem. Gleiches gilt für Begriffe wie „nach oben" und „nach unten". Ein bevorzugtes, jedoch nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel für die Erfindung wird nunmehr anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert . Es zeigen
FIG 1 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung zur Analyse eines Gases in einem Raum,
FIG 2 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung zur
Analyse eines Gases in einem Raum,
FIG 3 eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung zur
Analyse eines Gases in einem Raum, FIG 4 die Vorrichtung zur Analyse eines Gases in einem
Raum mit weiteren optionalen Merkmalen.
Gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren kennzeichnen gleiche Komponenten.
FIG 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Analyse eines Gases 2 in einem Raum 3 gemäß der vorliegenden Erfindung sowie einen Teil des Raumes 3. Der Raum 3 kann ein Kessel eines Heizkraftwerks sein, bspw. der Feuerraum.
Die Vorrichtung 1 weist einen Gassensor 10 zur Analyse des Gases 2 auf, welcher in einem Gehäuse 20 der Vorrichtung 1 angeordnet ist. Der Gassensor 10 weist ein Sensorelement 11 zur Analyse eines den Gassensor 10 überstreichenden Gases 2' auf. Das Sensorelement 11 kann ein Hochtemperatur-Gassensor sein, bspw. ein Gallium-Oxid-basierter Halbleitergassensor. Der Gassensor 10 ist mit einer Steuer-Elektronik 50 der Vorrichtung 1 zum Auslesen und ggf. Auswerten der Sensordaten verbunden .
Dabei ist der Gassensor 10 bspw. wegen der eingangs erwähnten, in der unmittelbaren Umgebung des Raums 3 ungeeigneten Parameter beabstandet vom Raum 3 angeordnet. Dementsprechend weist die Vorrichtung 1 eine Gaszuführung 21 zur Verbindung des Raums 3 mit dem Gehäuse 20 auf. Die Gaszuführung 21 dient zur Zuführung zumindest eines Teils 2' des Gases 2 aus dem Raum 3 durch eine Eingangsöffnung 23 des Gehäuses 20 in das Gehäuse 20 und damit zu dem in dem Gehäuse 20 befindlichen Gassensor 10, so dass das Gas 2' dort analysiert werden kann.
Das Gehäuse 20 kann weiterhin Einrichtungen 25 wie bspw. speziell angeordnete Wandungen oder Kanäle aufweisen, mit denen das Gas 2' aus der Gaszuführung 21 gezielter auf den Gassensor 10 und ggf. zu anderen Komponenten des Gehäuses 20, wie bspw. das im Folgenden einzuführende Steigrohr 32 und/oder Fallrohr 35, gelenkt werden kann. Dies ist jedoch nicht Gegenstand der Erfindung und wird daher nicht weiter ausge- führt.
Weiterhin weist die Vorrichtung 1 eine Gasabführung 22 auf, die das Gehäuse 10 mit dem Raum 3 verbindet. Dabei dient die Gasabführung 22 zum Abführen des Gases 2' durch eine Aus- gangsöffnung 24 des Gehäuses 20 aus dem Gehäuse 20, nachdem das Gas 2' den Gassensor 10 überstrichen hat.
Um eine ausreichende Versorgung des Gassensors 10 mit zu analysierendem Gas 2' zu gewährleisten, ist eine Einrichtung 30 zur Erzeugung eines Gasstroms 40 zumindest eines Teils 2' des Gases 2 vom Raum 3 über die Gaszuführung 21 in das Gehäuse 20 zum Gassensor 10 und weiter zur Gasabführung 22 vorgesehen. Die Funktionsweise dieser Einrichtung 30 beruht auf dem Effekt der thermischen Konvektion.
Hierzu weist die Einrichtung 30 zur Erzeugung des Gasstroms 40 in einer ersten Ausführungsform eine Kombination aus einer Heizvorrichtung 31 zum Aufheizen des Gases 2' im Gehäuse 10 sowie einem Steigrohr 32 auf. Die Heizvorrichtung 31 umfasst ein Heizelement 31, welches bspw. eine elektrische Widerstandsheizung sein kann. Das Steigrohr 32 ist in FIG 1 in das Gehäuse 20 integriert bzw. durch entsprechende Wandungen 25 im Gehäuse 20 konstruiert. Alternativ kann das Steigrohr 32 aber auch von außen an das Gehäuse 20 angebracht sein, so dass das aufgeheizte Gas 2' durch eine zusätzliche Öffnung des Gehäuses 20 in das Steigrohr 32 gelangen kann (nicht dargestellt) .
Das Steigrohr 32 hat eine Längsachse 33, entlang der sich der Gasstrom 40 durch das Steigrohr 32 bewegt, d.h. die Strömungsrichtung 40 des Gases 2' im Steigrohr 32 ist im Wesentlichen entlang der Längsachse 33 orientiert. Dabei ist das Steigrohr 32 derart ausgerichtet, dass die Orientierung der Längsachse 33 zumindest eine vertikale Komponente aufweist, d.h. es ist insbesondere nicht horizontal ausgerichtet. Im Extremfall sind das Steigrohr 32 und die Längsachse 33 exakt vertikal ausgerichtet.
Das Heizelement 31 ist an dem Steigrohr 32 angeordnet, so dass das Steigrohr 32 und damit insbesondere das vom Raum 3 in das Gehäuse 20 gelangende Gas 2' mittels des Heizelements 31 im Steigrohr 32 erhitzt wird. Der Effekt der thermischen Konvektion bewirkt daraufhin, dass das aufgeheizte Gas 2' in dem Steigrohr 32 nach oben steigt. Hierdurch wird ein Sog im Gehäuse 20 erzeugt. Dieser Sog bewirkt seinerseits, dass ein Teil 2' des Gases 2 aus dem Raum 3 über die Gaszuführung 21 in das Gehäuse 20 gesogen wird, so dass ein stetiger Gasstrom 40 gewährleistet ist, zumindest solange das Gas 2' im Gehäuse 20 aufgeheizt wird.
Je nach Platzverhältnissen kann das Heizelement 31 in Gasströmungsrichtung 40 gesehen auch zumindest teilweise vor dem Steigrohr 32 angeordnet sein (nicht dargestellt) . Dementsprechend kann das Gas 2' zusätzlich schon aufgeheizt werden, bevor es in das Steigrohr 32 gelangt, wodurch der Effekt der thermischen Konvektion verstärkt werden kann. Das Heizelement 31 kann mittels der Steuer-Elektronik 50 derart steuerbar sein, dass seine Temperatur bzw. die Temperatur des Gases 2' im Gehäuse 20 und insbesondere im Steigrohr 32 gezielt beeinflussbar sind. Damit lassen sich der Effekt der thermischen Konvektion und damit der Sog sowie der Gasstrom 40 gezielt beeinflussen.
In einer zweiten, in der FIG 2 dargestellten Ausführungsform weist die Einrichtung 30 zur Erzeugung des Gasstroms 40 eine Kombination aus einem Fallrohr 35 sowie einer Kühlvorrichtung 36 zum Kühlen des Gases 2' im Gehäuse 20 auf. Das Fallrohr 35 ist in das Gehäuse 20 der Vorrichtung 1 integriert bzw. durch entsprechende Wandungen 25 im Gehäuse 20 konstruiert, kann aber auch von außen an das Gehäuse 20 angebracht sein, so dass das aufgeheizte Gas 2' durch eine zusätzliche Öffnung des Gehäuses in das Fallrohr 35 gelangen kann (nicht dargestellt) . Das Fallrohr 35 hat eine Längsachse 37, entlang der sich der Gasstrom 40 durch das Fallrohr 35 bewegt, d.h. die Strömungsrichtung des Gases 2' im Fallrohr 35 ist im Wesentlichen entlang der Längsachse 37 orientiert. Dabei ist das Fallrohr 35 derart ausgerichtet, dass die Orientierung der Längsachse 37 zumindest eine vertikale Komponente aufweist, d.h. es ist insbesondere nicht horizontal ausgerichtet. Im Extremfall sind das Fallrohr 35 und die Längsachse exakt vertikal ausgerichtet . Die Kühlvorrichtung 36 umfasst ein Kühlelement 36, welches an dem Fallrohr 35 angeordnet ist, so dass das Fallrohr 35 und damit insbesondere das vom Raum 3 in das Gehäuse 20 gelangende Gas 2' mittels des Kühlelements 36 im Fallrohr 35 abgekühlt wird. Der Effekt der thermischen Konvektion bewirkt da- raufhin, dass das abgekühlte Gas 2' in dem Fallrohr 35 absinkt. Hierdurch wird ein Sog im Gehäuse 20 erzeugt. Dieser Sog bewirkt seinerseits, dass ein Teil 2' des Gases 2 aus dem Raum 3 über die Gaszuführung 21 in das Gehäuse 20 gesogen wird, so dass ein stetiger Gasstrom 40 gewährleistet ist, so- lange das Gas 2' im Gehäuse 20 abgekühlt wird.
Je nach Platzverhältnissen kann das Kühlelement 36 in Gasströmungsrichtung 40 gesehen auch zumindest teilweise vor dem Fallrohr 35 angeordnet sein (nicht dargestellt) . Dementsprechend kann das Gas 2' zusätzlich schon abgekühlt werden, bevor es in das Fallrohr 35 gelangt, wodurch der Effekt der thermischen Konvektion verstärkt werden kann.
Wie schon das Heizelement 31 kann auch das Kühlelement 36 mittels der Steuer-Elektronik 50 derart steuerbar sein, dass seine Temperatur bzw. die Temperatur des Gases 2' im Gehäuse 20 und insbesondere im Fallrohr 35 gezielt beeinflussbar sind. Damit lassen sich der Effekt der thermischen Konvektion und damit der Sog sowie der Gasstrom 40 gezielt beeinflussen.
Die FIG 3 zeigt eine dritte Ausführungsform, bei der die Einrichtung 30 zur Erzeugung des Gasstroms 40 sowohl die Kombi - nation aus einer Heizvorrichtung bzw. einem Heizelement 31 und einem Steigrohr 32 als auch die Kombination aus einer Kühlvorrichtung bzw. einem Kühlelement 36 und einem Fallrohr 35 aufweist. Die Funktionsweisen sowie die jeweiligen Anordnungen der Komponenten 31, 32, 35, 36 der beiden Kombinatio- nen sind wie oben beschrieben.
In der dritten Ausführungsform sind das Heizelement 31 und das Steigrohr 32 in Gasströmungsrichtung 40 vor dem Kühlelement 36 und dem Fallrohr 35, jedoch hinter dem Gassensor 10 angeordnet. Demnach steigt das mittels des Heizelements 31 aufgeheizte Gas 2' in dem Steigrohr 32 auf, wodurch ein Sog erzeigt wird. Der Gasstrom 40 des das Steigrohr 32 verlassenden Gases 2' gelangt anschließend zum Fallrohr 35, wo es abgekühlt wird und absinkt. Hierdurch wird der Sog verstärkt. Generell kann die in Gasströmungsrichtung 40 gesehene Reihenfolge der Kombination aus Steigrohr 32 und Heizelement 31, der Kombination aus Fallrohr 35 und Kühlelement 36 sowie des Gassensors 10 jedoch prinzipiell beliebig gewählt werden. Auch in dieser Ausführungsform können das Heizelement 31 und/oder das Kühlelement 36 mittels der Steuer-Elektronik 50 gezielt steuerbar sein, so dass ihre Temperaturen bzw. die Temperaturen des Gases 2' im Gehäuse 20 und insbesondere im Steigrohr 32 und/oder im Fallrohr 35 gezielt beeinflussbar sind. Damit lassen sich der Effekt der thermischen Konvektion und damit der Sog sowie der Gasstrom 40 gezielt beeinflussen. Zusammenfassend sind die Vorrichtungen 1 in den bislang beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen derart ausgebildet, dass der Gasstrom 40 unter Ausnutzung der thermischen Konvektion vom Raum 3 über die Gaszuführung 21 zum Gehäuse 20 geleitet wird, dort den Gassensor 10 überstreicht, so dass dieser das Gas 2' analysieren kann, und weiter durch das Steigrohr 32 und/oder das Fallrohr 35 zur Gasabführung 22 gelangt, um über diese wieder dem Raum 3 oder einem anderen geeigneten Ziel (nicht dargestellt) zugeführt zu werden. Schlussendlich resultiert demnach die Verwendung der beschriebenen Einrichtung 30 zur Erzeugung des Gasstroms 40 mittels thermischer Konvektion in jeder Ausführungsform in einer Pumpwirkung, wie sie sonst mit Hilfe externer Pumpen oder unter Ausnutzung des Diffusionseffekts erzeugt wird. Die Ausnutzung des Effekts der thermischen Konvektion ermöglicht jedoch vorteilhafterweise, dass die Pumpwirkung ohne zusätzliche mechanische Teile und ohne Verschleiß erreicht werden kann. Im Gegensatz zum Diffusionseffekt kann in diesem Fall die Pumpwirkung bspw. durch die Wahl der Höhe des Steigrohres 32 sowie auch durch die Einstellung der Temperaturdifferenz zwischen Steigrohr 32 und Fallrohr 35 beeinflusst werden.
Im Folgenden werden im Zusammenhang mit der FIG 4 weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben, die die Effizienz und Wirkung der Vorrichtung 1 weiter verbessern. Die verschiedenen Weiterbildungen sind einzeln anwendbar oder auch beliebig miteinander und mit den oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen kombinierbar. In einer vorteilhaften Weiterbildung übernimmt der Gassensor 10 die Funktion des Aufheizens des Gases 2' im Gehäuse 20 zur Erzeugung des Effekts der thermischen Konvektion, d.h. die thermische Konvektion wird durch Wärmeabgabe des Gassensors 10 im Betriebszustand ausgelöst. Die Heizvorrichtung 31 um- fasst zusätzlich oder alternativ zum Heizelement 31, das in den FIG 1 und 3 beschrieben wurde, ein Heizelement 31' des Gassensors 10, welches im Betrieb des Gassensors 10 zur Be- heizung des Sensorelements 11 auf eine Betriebstemperatur verwendet wird. Die vom Heizelement 31' erzeugte Wärme kann vorteilhaft zur Erzeugung des Effekts der thermischen Konvek- tion genutzt werden. Das in den FIG 1 bis 3 dargestellte Heizelement 31 am Steigrohr 32 wird in diesem Fall nicht un- bedingt benötigt und ist dementsprechend in FIG 4 nicht explizit als solches dargestellt, kann aber zur Verstärkung des Effekts der thermischen Konvektion zusätzlich in Form eines weiteren Heizelements vorgesehen sein. Das Heizelement 31' des Gassensors 10 ist mittels der Steuer-Elektronik 50 ge- zielt steuerbar, d.h. seine Temperatur bzw. die Temperatur des Gases 2' im Gehäuse 20 sind gezielt beeinflussbar. Damit lassen sich der Effekt der thermischen Konvektion und damit der Sog sowie der Gasstrom 40 gezielt beeinflussen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die
Vorrichtung 1 in Gasströmungsrichtung 40 vor dem 10 Gassensor ein poröses Filter 26 zum Reinigen des Gasstroms 40 auf. Das Filter 26 kann ein Sintermetall oder aber eine gasdurchlässige Keramik aufweisen und ist insbesondere an der Verbindung zwischen der Gaszuführung 21 und dem Gehäuse 20 angeordnet, idealerweise in Gasströmungsrichtung 40 unmittelbar vor der Eingangsöffnung 23 des Gehäuses 20.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Gas- sensor 10 eine Abdeckung 13 zum Schutz des Gassensors 10 vor Verschmutzung auf. Die Abdeckung 13 ist insbesondere porös ausgebildet um sicherzustellen, dass das zu analysierende Gas 2' das Sensorelement 11 des Gassensors 10 erreichen kann. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird eine Heizung des Steigrohres 32 und eine gleichzeitige Kühlung des Fallrohres 35 mit Hilfe eines Peltierelements 38 erzielt. Das Peltierelement 38 weist eine heizende Sektion 38' sowie eine kühlende Sektion 38" auf, wobei die heizende Sektion 38' die Funktion des in FIG 1 und FIG 3 erwähnten Heizelements 31 am Steigrohr 32 übernimmt und das Gas 2' im Steigrohr aufheizt. Dementsprechend übernimmt die kühlende Sektion 38" die Funk- tion des Kühlelements 36, welches in FIG 2 und FIG 3 erwähnt wurde, und kühlt das Gas 2' im Fallrohr 36 ab. Demnach sind in dem Peltierelement das Heizelement 31 und das Kühlelement 36 vereinigt, d.h. es kann darauf verzichtet werden, ein separates Heizelement 31 und ein separates Kühlelement 36 vor- zusehen. Das Peltierelement 38 kann mittels der Steuer- Elektronik 50 gezielt steuerbar sein, d.h. die Temperaturen des Gases 2' im Steigrohr 32 und im Fallrohr 35 sind gezielt beeinflussbar. Damit lassen sich der Effekt der thermischen Konvektion und damit der Sog sowie der Gasstrom 40 gezielt beeinflussen.
In den in den FIG 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsformen sind die Gaszuführung 21 und die Gasabführung 22 als separate Rohrleitungen 21, 22 zwischen dem Raum 3 und dem Gehäuse 20 realisiert. Alternativ hierzu ist in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung eine einzelne Rohrleitung 27 zur Verbindung des Gehäuses 20 mit dem Raum 3 vorgesehen sein, wobei die Rohrleitung 27 eine längs der Rohrleitung 27 angeordnete Trennwand 28 aufweist, die den Querschnitt der Rohrleitung 27 in einen ersten Kanal 21' und einen zweiten Kanal 22' trennt. Der erste Kanal 21' stellt die Gaszuführung 21 dar, während der zweite Kanal 22' die Gasabführung 22 repräsentiert.
In einer weiteren, jedoch nicht separat dargestellten Ausfüh- rungsform können für den Fall, dass der Gassensor 10 und das Gehäuse 20 nicht wesentlich beabstandet vom Raum 3 angeordnet sein müssen, die Gaszuführung 21 und die Gasabführung 22 allein durch die Eingangsöffnung 23 und die Ausgangsöffnung 24 des Gehäuses 20 realisiert sein. Das Gehäuse 20 grenzt dann direkt an den Raum 3 an und ein Teil 2' des Gases 2 wird unter Zuhilfenahme der thermischen Konvektion über die Gaszuführung 21 in Form der Eingangsöffnung 23 in das Gehäuse 20 befördert und nach Überstreichen des Gassensors 10 und Durch- laufen des Steigrohres 32 und/oder des Fallrohres 35 über die Gasabführung 22 in Form der Ausgangsöffnung 24 wieder in den Raum 3 geleitet.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zum Erzeugen eines Gasstroms (40) zu einem Gassensor (10) zur Analyse eines Gases (2) in einem Raum (3) , aufweisend
- ein Gehäuse (20) , in dem der Gassensor (10) zur Analyse zumindest eines Teils (2λ) des Gases (2λ) an einer bestimmten Position positionierbar ist,
- eine Gaszuführung (21) zur Verbindung des Gehäuses (20) mit dem Raum (3) zur Zuführung des Teils (2λ) des Gases (2) aus dem Raum (3) in das Gehäuse (20) und zu der bestimmten Position, und
- eine Gasabführung (22) zum Abführen des Gases (2λ) aus dem Gehäuse (20) ,
gekennzeichnet durch
- eine Einrichtung (30) zur Erzeugung eines Gasstroms (40) zumindest eines Teils (2λ) des Gases (2) vom Raum (3) über die Gaszuführung (21) in das Gehäuse (20) zu der bestimmten Position und weiter zur Gasabführung (22) mittels thermischer Konvektion.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30) zur Erzeugung des Gasstroms (40) eine Heizvorrichtung (31, 31') zum Aufheizen des Gases (2λ) im Ge- häuse (20) zum Auslösen der thermischen Konvektion aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (10) an der bestimmten Position im Gehäuse (20) angeordnet ist, wobei die Heizvorrichtung (31, 31') ein Heiz- element (31 des Gassensors (10) zum Beheizen eines Sensorelements (11) des Gassensors (10) umfasst.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30) zur Erzeugung des Gasstroms (40) ein Steigrohr (32) aufweist, wobei das Steigrohr (32) derart angeordnet ist, dass das durch die Heizvorrichtung (31, 31 aufgeheizte Gas (2λ) im Steigrohr (32) aufsteigt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (31, 31') ein an dem Steigrohr (32) angeordnetes Heizelement (31) zum Beheizen des Steigrohrs (32) und des im Steigrohr (32) befindlichen Gases (2λ) umfasst.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30) zur Erzeugung des Gasstroms (40) eine Kühlvorrichtung (36) zum Abkühlen des Gases (2λ) im Gehäuse (20) zum Auslösen der thermischen Konvek- tion aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30) zur Erzeugung des Gasstroms (40) weiterhin ein Fallrohr (35) aufweist, wobei das Fallrohr (35) der- art angeordnet ist, dass das durch Kühlvorrichtung (36) abgekühlte Gas (2λ) im Fallrohr (35) absinkt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (36) ein an dem Fallrohr (35) angeordnetes Kühlelement (36) zum Abkühlen des Fallrohres (35) und des im Fallrohr (35) befindlichen Gases (2λ) umfasst .
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 und einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30) zur Erzeugung des Gasstroms (40) zumindest ein Peltierelement (38) aufweist, wobei
- das Peltierelement (38) im Betriebszustand eine heizende Sektion (38 und eine kühlende Sektion (38") aufweist und - die Heizvorrichtung (31) die heizende Sektion (38 umfasst und die Kühlvorrichtung (36) die kühlende Sektion (38") umfasst .
10. Verfahren zum Erzeugen eines Gasstroms (40) eines zu ana- lysierenden Gases (2λ) aus einem Raum (3) über eine Gaszuführung (21) zu einer bestimmten Position in einem Gehäuse (20) , an der ein Gassensor (10) zur Analyse des Gases (2λ)
positionierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (40) mittels des Effekts der thermischen Konvektion im Gehäuse (20) erzeugt wird .
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (2λ) zum Auslösen des Effekts der thermischen Konvektion im Gehäuse (20) derart aufgeheizt wird, dass das aufgeheizte Gas (2λ) in einem Steigrohr (32) des Gehäuses (20) aufsteigt .
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (10) an der bestimmten Position im Gehäuse (20) angeordnet ist und ein Sensorelement (11) sowie ein Heizelement (31 zum Beheizen des Sensorelements (11) aufweist, wo- bei das Aufheizen des Gases (2λ) zum Auslösen des Effekts der thermischen Konvektion mit Hilfe des Heizelements (31 des Gassensors (10) erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheizen des Gases (2λ) zum Auslösen des Effekts der thermischen Konvektion mit Hilfe eines am Steigrohr (32) angeordneten Heizelements (31) zum Aufheizen des Steigrohrs (32) und des im Steigrohr (32) befindlichen Gases (2λ) erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (2λ) zum Auslösen des Effekts der thermischen Konvektion im Gehäuse (20) derart abgekühlt wird, dass das abgekühlte Gas (2λ) in einem Fallrohr (35) des Ge- häuses (20) absinkt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen des Gases (2λ) zum Auslösen des Effekts der thermischen Konvektion mit Hilfe eines am Fallrohr (35) ange- ordneten Kühlelements (36) zum Abkühlen des Fallrohrs (35) und des im Fallrohr (35) befindlichen Gases (2λ) erfolgt.
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