CN205175454U - 用于分析过程腔内气体混合物的传感器设备和发电厂的燃烧室 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种分析过程腔(1)内气体(100)的传感器设备和发电厂的燃烧室，包括-外壳，-气体传感器(5)，用于分析至少部分气体(100)，在这里，气体传感器(5)安装在所述外壳内规定的位置，-连接所述外壳与过程腔(1)的气体输入装置(4)，用于将来自过程腔(1)的部分气体(100)输入外壳内规定的位置，以及-气体输出装置(3)，用于从外壳输出气体(100)，其中，所述气体输入装置(4)和气体输出装置(3)设计为相互套装的管道，其特征在于一个在所述相互套装的管道的燃烧室所在侧端部的端盖(10)，其中，端盖(10)包括数量为偶数的至少四个相同面积的孔(11、12)，这些孔交替地作为气体进口和气体出口与所述相互套装的管道连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于分析存在于过程腔内气体混合物的传感器设备。
背景技术
在其中产生或处理气体的工业设备运行时，必须监测气体的参数，例如成分、温度等，为此使用相应的气体传感器。然而这种气体传感器往往不能直接定位在测量点，因为在那里存在对传感器不适合的条件，例如过高的温度。为了仍然能确定气体参数，要求在相隔测量点有恰当距离处定位传感器。在这种情况下，要分析的气体必须从测量点经过适用的输入管输送给气体传感器。
例如在DE102012217596中，为了测量热电厂锅炉内的腐蚀性条件使用一些传感器设备，它们有通过锅炉壁的气体通道和通向锅炉内部的孔，以及有在锅炉外部的传感器室。在传感器室内设置传感器元件，用于检验锅炉内发生的燃烧的化学计算法，尤其监测燃烧以提高能效和限制排放。据此，在传感器室内的传感器与实际上的测量点相隔离地设置。
如果现在测量气体处于低压或一般而言压力条件变化的区域内，则为了保证连续和可靠地监测，主动将气体从测量点向传感器元件输送。为此通常使用单独的泵，它从测量点抽出部分气体并输送给在传感器室内的传感器元件。然而这种外设泵意味着总***附加的花费，其中，除了相应的附加成本外，还不利地降低了泵的受限制的工作安全性和有限的使用寿命。
为了回避因为使用泵而引起的缺点，使***能例如在没有泵的条件下运行，此时作为气体从测量点向传感器元件的输送机理而利用反正存在的气体扩散。在这种情况下出现的缺点是，在气体输入装置与气体输出装置之间已经小的压差可能使扩散气流停顿，或可能叠加一种不希望的流动。
发明内容
因此本实用新型要解决的技术问题是，提供一种用于分析过程腔内气体的可能性，其中将上述有关气体从过程腔向气体传感器输送方面的缺点降到最低程度。尤其应当保证，在设备运行期间气体均匀地流过气体传感器。
按照本实用新型的用于分析过程腔内气体的传感器设备，包括外壳和用于分析至少部分气体的气体传感器，在这里，气体传感器安装在外壳内规定的位置。此外，还包括连接外壳与过程腔的气体输入装置，用于将来自过程腔的部分气体输入外壳内规定的位置，以及用于将气体从外壳输出的气体输出装置。其中，气体输入装置和气体输出装置设计为相互套装的管道。
此外，传感器设备还有一个在所述相互套装的管道燃烧室所在侧端部的端盖。端盖又有数量为偶数的至少四个相同面积的孔，它们交替作为气体进口和气体出口与所述相互套装的管道连接。
在这里交替的含意是，这些孔基本上排布成一条线的形状，例如圆形，正方形，矩形等，以及当这条线通过一个意味着是气体输入装置的孔时，那么随后便通过一个意味着是气体输出装置的孔。那些意味着是一个气体输入装置的孔，在这里与所述相互套装的管道之一连接，而那些意味着是一个气体输出装置的孔，则与所述相互套装的管道的另一个管道连接。
本实用新型基于以下认识：例如对于给气体传感器纯扩散式气体输入而言，决定性的是，在每个用于气体输入的孔与用于气体输出的孔之间的压力差尽可能小。众所周知，彼此间距尽可能小地均匀排布相同数量分别用于气体输出和气体输入的孔，有利于导致气体输入装置与气体输出装置之间很小的压力差，即使是在燃烧室内对于气体输入存在非常不利条件的情况下，例如在改变流向的同时高的流动速度。由此有利地获得供给气体传感器的一种确定而可靠的气流，即使仅存在小的泵功率或者甚至没有泵功率。
传感器设备的扩展设计和进一步发展例如：
-传感器设备可以具有用于产生通过外壳的气流的装置。
-尤其是，作为产生气流的装置可以采用加热外壳内气体以触发热对流的加热装置以及虹吸管，其中虹吸管设置为，使通过加热器加热的部分气体在虹吸管内上升。所述加热器可以是一种同时用于加热气体传感器的加热装置。作为替代或补充，所述加热装置可以包括珀尔帖元件。这样一种珀尔帖元件是一种小尺寸的热源。特别有利的是，在外壳内除虹吸管外设下降管，以及珀尔帖元件设置为，它将热量从下降管的区域移到虹吸管的区域内。
-作为替代方式或补充方式，所述产生气流的装置可以是声转换器，尤其是压电式超声振荡单元(Sonotrode)。压电式超声振荡单元除了原本的超声波振荡外还造成一个离开转换器方向的空气流，所谓超声波风。它们的声频和振幅小、功率大和灵活。有利地，声转换器不包括那些由于污染会发生故障以及不能承受严重磨损的运动部件。
这些装置有利地低能、尺寸小并能较少维护，但与泵相比造成小的气流，也就是说，这些同样得益于本实用新型。
-在端盖内的孔可以是圆形的，尤其设计为钻孔。
-所述孔可以排布成一个圆。在这种情况下，只要这些孔沿所述圆的圆周均匀分布，这种布局便高度对称并因而基本上与气体在过程腔内的流动方向无关。
-可以存在正好十二个孔。由此达到在制造成本与孔均匀分布并因而压力稳定性之间最佳可能的补偿。
-在端盖与所述相互套装的管道之间可以安装基本上圆柱形的衬套，该衬套交替地具有在外侧的凹槽和孔，用于交替连接所述孔与所述相互套装的管道。
-所述相互套装的管道可以同轴设置。因此又能达到基本对称布局。
-气体传感器可以是以半导体为基础的气体传感器。这种传感器便于制造、尺寸小并能较少维护。
本实用新型特别适用于发电厂的燃烧室，其包括构成燃烧室边界的燃烧室壁以及按本实用新型的传感器设备，其中，气体输入装置和气体输出装置贯穿燃烧室壁地设置。例如，传感器设备可以在热电厂尤其燃烧矿物燃料的蒸汽发生器流过烟气的采暖锅炉中使用，用于测量烟气内CO和/或CO2和/或O2的浓度。
在本实用新型的范围内，术语“垂直”和“水平”涉及一个按重力作用定向的全坐标***。这同样适用于术语如“向上”和“向下”。
附图说明
下面借助附图详细说明本实用新型优选的，但不局限于此的实施例。附图示意和不按正确比例地表示，其中：
图1表示一种用于分析来自燃烧室气体的传感器设备；
图2表示传感器设备具有用于气体输入和气体输出装置的孔的端盖；
图3表示衬套，用于交替连接孔与气体输入和气体输出装置相互套装的管道；以及
图4表示通过相互套装的管道在燃烧室一侧的端部的剖视图。
具体实施方式
这些附图以不同的视角表示出本实用新型实施例的一些方面。图中相同的标记对应于同样的元件。图1表示热电厂内燃烧室1的一个局部。燃烧室1包括燃烧室壁2和处于燃烧室内的气体100，例如烟气图1所示的局部在这里是侧视图。
燃烧室壁2被输入管4和输出管3穿过。这两个导管3、4用于将部分气体100导向燃气传感器5，它安装在燃烧室1外部，因为燃烧室1中恶劣的环境和温度不容许燃气传感器5在燃烧室1内工作。在这里，输入管4和输出管3同轴设置在燃烧室壁2的区域内，以及输入管4构成在里面的部分。也可以在同轴导引时将输入管4设计为外管。
在输入管4内设置颗粒过滤器，它用于滤出大的污物颗粒。必要时，在通过颗粒过滤器后，吸入输入管4内的这部分气体本身流过气体传感器5。气体传感器5和传感器设备的其他部件安置在处于燃烧室壁2外的外壳内。气体传感器5包括一个或多个用于分析部分气体的传感器元件。这些传感器元件可例如是高温气体传感器，例如以镓为基础的半导体气体传感器。气体传感器5与图中没有表示的用于读取并评估传感器数据的电子控制器连接。
部分气流在流过气体传感器5后进一步导引并进入管道回路内。在本实施例中此时它流过超声振荡单元15。超声振荡单元15造成一个弱的气流，亦即产生轻度的泵作用。
接着，气体通过输出管3重新离开传感器设备的区域并返回燃烧室1内。通过同轴布置输入管4与输出管3，使这些管口之间的压差最小。这是有利的，因为由此使通过声波引起的抽吸作用，仅尽可能轻微地受燃烧室1内流动的影响或者甚至被遮盖。
按一种变更的设计，可以除声波外还附加使用热对流作为气流的推动力。为此恰当的是，设至少一个虹吸管。换句话说，在外壳内部的部分气体找到一个处于工作状态并沿气体流动方向上升的管子段。若气体在此区域内加热，则它经受一个在虹吸管内向上的力，这有助于驱动气流。若气体传感器5包括例如为了以镓为基础的半导体气体传感器的工作反正适宜的加热元件，则通过加热气体传感器5来加热掠过气体传感器5的气体并将其向上推动，由此驱动气流。
在本实施例中，输入管4和输出管3的终端由图2表示的端盖10构成。端盖10是半径为0.5cm的圆柱形，其中一个底面基本上是开口的，以及另一个底面基本上是闭合的。在闭合的底面内设有十二个半径分别为0.5mm的孔11、12。这十二个孔11、12均匀分布地排布在一个半径约为0.35cm的圆上。其中六个孔11设计用于输入管4，而其余六个孔12设计用于输出管3。用于输入管4的孔11在这里与用于输出管3的孔12相互交替。
在一方面同轴的输入管4和输出管3与另一方面端盖10之间，安装衬套20，它设计用于在孔11、12与同轴的输入管4和输出管3之间导引气体。图3表示衬套20的透视图，以及图4表示这些元件相互布局的剖视图。衬套20基本上是圆柱形。在其外表面交替设置凹槽21和孔22。在与端盖10及输入管4和输出管3组合的状态，凹槽连接输出管3(在本例中是处于外部的管)与用作气体出口的孔12。而衬套20的孔22则连接输入管4(在本例中是处于内部的管道)与端盖10的孔11。
恰当地，端盖10与衬套20用一种耐高温的钢制成，例如钢1.4841，为的是能耐受燃烧室内的条件。通过孔11、12完全对称的布局，使输出管3与输入管4之间的压差最小，以及端盖和相应的管道***可以设计得很小，尤其直径<12mm。
Claims (12)
1.一种用于分析过程腔(1)内气体(100)的传感器设备，包括
-外壳，
-气体传感器(5)，用于分析至少部分气体(100)，在这里，气体传感器(5)安装在所述外壳内规定的位置，
-连接所述外壳与过程腔(1)的气体输入装置(4)，用于将来自过程腔(1)的部分气体(100)输入外壳内规定的位置，以及
-气体输出装置(3)，用于从外壳输出气体(100)，
其中，所述气体输入装置(4)和气体输出装置(3)设计为相互套装的管道，
其特征在于一个在所述相互套装的管道的燃烧室所在侧端部的端盖(10)，其中，端盖(10)包括数量为偶数的至少四个相同面积的孔(11、12)，这些孔交替地作为气体进口和气体出口与所述相互套装的管道连接。
2.按照权利要求1所述的传感器设备，其特征在于，包括用于产生通过外壳的气流的装置。
3.按照权利要求2所述的传感器设备，其特征在于，所述用于产生气流的装置是加热装置。
4.按照权利要求2所述的传感器设备，其特征在于，所述用于产生气流的装置是声转换器(15)。
5.按照权利要求4所述的传感器设备，其特征在于，所述用于产生气流的装置是压电式超声振荡单元。
6.按照权利要求1至4中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述孔(11、12)是圆形。
7.按照权利要求1至4中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述孔(11、12)排布成一个圆。
8.按照权利要求1至4中任一项所述的传感器设备，其特征在于，包括正好十二个孔(11、12)。
9.按照权利要求1至4中任一项所述的传感器设备，其特征在于，在端盖(10)与所述相互套装的管道之间安装圆柱形衬套(20)，该衬套交替地具有在外侧的凹槽(21)和孔(22)，用于交替地连接所述孔(11、12)与所述相互套装的管道。
10.按照权利要求1至4中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述相互套装的管道同轴设置。
11.按照权利要求1至4中任一项所述的传感器设备，其特征在于，气体传感器(5)是以半导体为基础的气体传感器。
12.一种发电厂的燃烧室(1)，包括
-构成燃烧室边界的燃烧室壁(2)，
-按照权利要求1至10中任一项所述的传感器设备，
其中，气体输入装置(4)和气体输出装置(3)贯穿所述燃烧室壁(2)地设置。
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