DE2005841A1 - Probenentnahmeventil - Google Patents

Description

DR. ELISABETH 3UNG
DR. VOLKER VOSSIUS
DR. DORGEH SCHIßDEWAHN

PATENTANWÄLTE

S München 23, Clcmensstr. 30

Telefon: 345067

u.Z.: F 004 :«I + a
(Ra/Dr.S/Ra)

München, den 9. Februar 1970

DIAKOXD SHAKROCK CORPORATION
Cleveland, Ohio, V.St.A.

Probenentnahmeventil

Priorität: 10. Februar 1969, V.St.A,
Anselde-Nr. : 797 S4S

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrfachventilsystem zum Mischen intermittierender Proben eines ersten Gases mit einem konstanten Strom eines zweiten Gases und zum Abgeben des Gemisches an eine Einrichtung ausserhalb des Ventilsystems, und insbesondere auf ein in einem solchen System zur Anwendung kommendes Probenentnahme·ventil für hochtemperaturi^e Untersuchungsgase, wie in einer; Arbeitsprozess auftretende Arbeitsgase oder Abgase, die bei diesen Temperaturen korrosionsbildend sindj das Ventil nach dor Erfindung weist eine verbesserte korrosionsbeständige Konstruktion auf, so daß ein vorbestimmtes Volumen einer Probe des

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üntersuchungsjases intermittierend in einen kontinuierlichen Strom eines ir^rceaTrägsr-ases eingeblasen werden kann«

Das eriir.dungsgemü.33 Venxil kann zum Mischen intermittierender Volumina eines Gases nit c-ineni kontinuierlichen Strom eines anderen Gases für jeden gewünschten' Verwendungszweck des Gemisches verv:endet werden; ein besonders bevorzugter Verwendungszweck besteht in der Analyse des intermittierenden Gases durch Gacchromatographie. Die Gaschromatographie ist im wesentlichen ein Verfahren zum Zerlegen komplexer Gasgemische in ihre Bestandteile. Zur Durchführung der Zerlegung wird eine sogenannte Trennoder Abscheidesäule verwendet. 3ei der Gaschromatographie wird die Trennsäule kontinuierlich von einem inerten Durchlauf- oder Trägergas (wie z.B. Helium oäer Stickstoff) durchströmt. Dieses Gas bildet den Hauptfluidstrom, der gev/öhnlich eine Strömungsgeschwindigkeit zwischen 50 und IGO ccr/Min. auf v/eist. Sine kleine Probe eines zu analysierenden Gemisches (im folgenden Probe genannt) wird stromaufwärts von der Säule in den Durchlauf- oder Trägergasstrom injiziert. Das Chromatogramm kann durch Eluieren entwickelt werden, wobei die verschiedenen Komponenten der Probe verschiedene Verweilzeiten in der Trennsäule haben.

Bei der Ausbildung von Probenentnahaieventilen für Fluide sollen bestimmte Aufgaben erreicht werden; u. a. soll das Ventil schnell und gleichmäßig arbeiten, so daß der einheitliche itrom des Trägergases durch die Trennsäule so wenig wie möglich gestört wird. Ferner sollte das Ventil so klein und kompakt wie möglich sein, so daß es auf begrenztem Raum verwendbar ist. Die

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Teile des Ventils sollten langlebig sein, um die Kosten und Unannehmlichkeiten von Reparaturen auf ein Mindestmaß zu beschränken. Die zum Betätigen des Ventils erforderliche Energie sollte gering sein.

Bei Durchsicht der bisher auf diesem Gebiet verwendeten Ventile wurde festgestellt, da3 mit den herkömmlichen Ventilen keine Proben von Untersuchungsgasen genommen werden konnten, die bei Entnahme der Proben hohe Temperaturen aufwiesen und bei diesen Temperaturen auf viele Stoffe eine Korrosionswirkung ausüben wurden. Von besonderem Interesse sind Untersuchungsgase, die bei 225⁰C oder noch höherer Temperatur in einer zumindest geringen Konzentration eine oder mehrere der folgenden Komponenten enthalten: Chlor, Fluor, Chlorwasserstoff, Fluorwasserstoff, Schwefeldioxyd, Stickstoffdioxyd, Stickstoffoxydul und Schwefelwasserstoff. Selbst Ventile mit Polytetrafluoräthylen-Beschichtun^, die mit dem Unter .suchungsgas in Berührung kam, konnten bei Temperaturen über 225°C in einer corarti^sn korrosicr.sfordernden Gasatmosphäre nicht über längere- Zeit zuverlässig arbeiten. Daher bedingte diese Anfälligkeit csr Ventile für Korrosion einen schnellen Ersatz, viel Ausfallzeit vshr-r, ■■;*> Verfahrens und auf Grund der Arbeitskosten für Repur^tur imc . ■- ·-τζζαν. für den Ersatz von Teilen allgamjir. unbefriedigende Srgt. .:. sse. ^v-ine anderen bis ^etzt bekannten Ventile kennten bsi Probes::■: .■'...:.: en von Kcrrosions-Untorsuchun^r^aser, bei Tccpercit-UT-^r: Ό&1 dⁱ,- '.' z.,/l$ Komponenten dieser Gase in Da^pffcrm jchal'ccr. vorder. 1ά' , ί ich nur annähernd die gev.-ünschte Leben£c.£.uer crrsichln,

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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Probenentnahmeventil zu schaffen, das gegenüber Proben eines Untersuchungsgases mit korrosionsfördernden, gasförmigen Komponenten bei Temperaturen über 225⁰C, d.h. bei Temperaturen, bei denen keine Abscheidung der gasförmigen Gemische durch Kondensation stattfindet, korrosionsbeständig ist, und das diese Proben des Untersuchungsgases zusammen mit einem konstanten Strom eines Trägergases zu einem Chromatographen· oder einem.anderen Analysiergerät, befördert.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Ventilkörper mit zwei ihn durchlaufenden Strömungswegen versehen ist, von denen einer hochtemperaturige Korrosionsgase führt, während der andere ein zweites C; dTnimmt, und zwei durch den Ventilkörper verlaufende, 6Le Strösungswege kreuzende und so zwei Kanäle zwischen diesen St; ö;;·.;- gswegen bildende Kammern aufweist, wobei das Volumen des die λοο':. v^aperaturigen Korrosionsgase aufnehmenden Strömungswege;-: ;;,;:.ε iien den Kana" en als eine Probenentnahme-StrömungskanaJ iür ei» Korrosionsgase dient; daß vier Ventilhauben vorgeseh . i_ä. von denen Jeweils eine an Jedem EiAe der beiden Kamme'"-ν ;st α dem Ventilkörper angebracht ist, wobei Jede Ventilhaul■■ ·.-;·.^ ■: Dichtungseinrichtung umschließt, und Jede Dichtungseinrichturu." wiederum einen Abschnitt eines Ventilschaftes umschließt, so daß zwei Sätze von Yenti!schäften vorhanden ^.Λά, d.h. ein Satz auf Jeder Seite des Ventilkörpers; daß Jeder Ventilschaft so gleitend verschiebbar gelagert ist, daß durch ihn ein Ende eines Kanals zwischen den Strcsungswegen verriegelbar ist;

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daß ein Satz der Ventilschäfte in dem Strömungsweg, der den zweiten Gasstrom aufnimmt und mit einem Strömungsweg durch die Schäfte und durch die dazugehörige Dichtungseinrichtung versehen ist, so angeordnet ist, daß das zweite Gas den Strömungsweg durch die Ventilschäfte passieren kann, wenn letztere mit dem Ventilkörper in Berührung sind; daß vier Stopfbuchsenmuttern vorgesehen sind, die jede ein Ende der vier Ventilhauben verriegeln und die Dichtungseinrichtungen innerhalb der Ventilhauben, festhalten, wobei jede Stopfbuchsenmutter den entsprechenden Ventilschaft so umschließt, daß er frei gleitend durch die Stopfmutter bewegbar ist; daß jeder aus zwei Ventilschäften bestehende Satz an einem Querträger so befestigt ist, daß die Ventilschäfte jeweils paarweise gleitend bewegbar sind; daß jedem Querträger Energiesignale zuführbar sind, wodurch der Querträger bewegt und demzufolge der damit verbundene Satz von Ventilschäften gleitend mit dem Ventilkörper in Berührung bringbar ist und die Spitzen des damit verbundenen Satzes von Ventilschäften aus der Berührung mit dem Ventilkörper zurückziehbar sind, und daß der Ventilkörper einen kontinuierlichen Strom eines zweiten Gases in dem dem von einem Strömungsweg durchzogenen Satz von Ventilschäften zugeordneten Strömungsweg sowie einen diskontinuierlichen Strom eines hochtemperaturigen Korrosionsgases in dem anderen Strömungsweg aufnimmt.

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Die Erfindung hat dabei den Vorteil, daß man ein hitze- und korrosionsbeständiges Ventil erhält, das über lange Arbeitszeiträume hinweg bei minimalen Reparaturen intermittierende Proben des Untersuchungsgases abnehmen kann, so daß das Ventil mindestens ein Jahr ohne Reparaturen arbeiten kann. Darüberhinaus erlaubt dieses Ventil einen reibungslosen, schnellen Arbeitsablauf und verfügt über die minimale Größe und kompakte Bauweise herkömmlicher Ventile. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ventils besteht darin, daß intermittierende Volumina eines Gases mit einem kontinuierlichen Strom eines anderen Gases gemischt werden können und man so ein Gemisch der beiden Gase erhält.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Probenentnahmeventil, das einen kontinuierlichen Trägergasstrom und intermittierende Proben hochtemperaturiger.Korrosionsgase aufnimmt, wobei der Moment in der Folge der Probeentnahmen dargestellt ist, während dessen der untere Satz von Ventilschäften nicht mit dem Ventilkörper 10 in Berührung ist,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1, wobei der Ventilkörper mit den Ventilschäften, die Dichtung und das Gehäuse nur zum Teil dargestellt sind, und zwar in- einem anderen Moment in der Folge der Probeentnahmen, wenn der obere Satz von Ventilschäften nicht mit dem Ventilkörper 10 in Berührung ist, Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 1, wobei der Ventilkörper

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mit den Ventilschäften, die Dichtung und das Gehäuse nur zum
Teil dargestellt sind und alle Ventilschäfte mit dem Ventilkörper in Berührung sind, in der normalen Ruhestellung der Ventilschäfte vor und nach einer Probeentnahmefolge, und

Fig. 4 das in ein Arbeitssystem einbezogene Probeentnahmeventil, wobei von einem an das System angeschlossenen Gerät Energieimpulse ausgehen, durch die das Probeentnafameventilsystem so betätigt wird, daß Proben abgezogen werden, die zusammen mit einem Durchlauf- oder Trägergas zu einem Analysiergerät ; herangeführt werden.

Die Zeichnungen, und in erster Linie Fig. 1 und 2 derselben, zeigen einen Ventilkörper 10, dessen äusserer Aufbau im wesentlichen der eines rechtwinkligen Prismas ist_P und durch welchen
sich in im allgemeinen horizontaler Richtung zwei Strömungswege
erstrecken. Die spezielle Ausrichtung ist dabei aus den Zeichnungen ersichtlich (horizontal), jedoch für cas Arbeiten des Ventils unwesentlich; ein Strömungsweg wird von einem konstanten
Gasstrom, z.B. einem inerten Tragergas, passiert} während der
andere einen intermittierenden Simons eines arideren Gases, z.B.
eines Unterst*ohungsgases, aufnisri *« iX-romung des ersten
(Träger-) Gasos verläuft von einer · ei\Le CG über eine Leitung 31 zu dem Ventil körper 10, wo die Leitiu;^ '"1 :,n einer luftdichten
Dichtung mit eines Gewindeabschnlti: 15 ei;:^; ?* hammer 11 verbunden
ist. Die Kanter 11 steht mit exneji Kohlrfe,:.:,. *~ i& Verbindung, der seinerseits mit einer Kanter 8 verbunden i ■·".'. ^;?.s G-as stronrt aus
dem Hohlraum 13 in die Kaiser 3, die an eine va.it,re, mit einer

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Kammer 6 verbundene Kammer 14 anschließt. Die Kammer 6 ist mit einem Gewindeabschnitt 15a versehen, wodurch sie an eine zu einer ausserhalb des Strömungssystems liegenden Einrichtung, z.B. einem Chromatographen, führende Leitung 33 luftdicht angeschlossen werden kann. Die Strömung des zweiten (Untersuchungs-) Gases verläuft von einer Leitung 32 oder einem Sammelbehälter in eine Leitung zu dem Ventilkörper 10, wo die Leitung 30 durch eine luftundurchlässige Dichtung mit dem Gewindeabschnitt 15b einer Kammer 12 verbunden ist. Die Kammer 12. öffnet sich in einen Hohlraum 13a, der wiederum mit einer Kammer 28' verbunden ist. Das Gas strömt in die Kammer 28· und dann in eine Kammer (bzw. einen Strömungskanal) 26, die (bzw. der) mit einer Kammer 29' verbunden ist. Das Untersuchungsgas strömt aus der Kammer 29· in einen Hohlraum IAa, der mit einem Kanal 7 verbunden ist. Der Kanal 7 ist mit einem Gewinde ab schnitt 15c versehen, der eine luftdichte Verbindung mit einer Leitung 35 ermöglicht, durch welche das Untersuchungsgas in die Atmosphäre, in eine Luftverunreinigungs-Kontrolleinrichtung

oder in die Leitung 32 stromabwärts von der Leitung 30 strömen kann (wenn z.B. ein Venturirohr stromabwärts in der Leitung 32 angeordnet ist). Die Strömungswege werden von zwei Kammern oder Bohrungen gekreuzt, die sich durch den Ventilkörper oder -block 10 erstrecken -und gemäß der Darstellung von Fig. 1 vertikal angeordnet sind. Die Bohrungen weisen einen Zentralabschnitt mit verengtem oder kleinem Durchmesser auf (die Kanäle 28 und 28', und die Kanäle 29 und 29'), die dazu dienen, die beiden Gasströmungswege miteinander zu verbinden. Die Bohrungen weisen Versenkungen auf, wodurch Abschnitte mit größerem Durchmesser entstehen;

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die ersten Abschnitte größeren Durchmessers sind mit 13» 13a, 14 und 14a, die Abschnitte mit dem nächstgrößeren Durchmesser mit 13¹ und 14', und die Abschnitte mit dem größten Durchmesser, die mit den Kanten des Ventilkörpers 10 abschließen, mit 13" und 14" bezeichnet. Die Kanäle 28 und 29 dienen dazu, den einen konstanten Gasstrom führenden Strömungsweg mit dem einen intermittierenden Strom eines weiteren Gases aufnehmenden Strömungsweg zu verbinden. .

In den Hohlräumen 13, 13a, 14 und 14a sind Ventilschäfte 16, 16a, 16b und 16c (insgesamt vier Ventilschäfte) so angeordnet, daß die zylinderförmigen Ventilschäfte 16, 16a, 16b und 16c gleitend beweglich und so verschiebbar sind, daß sie gegen den Ventilkörper 10 dicht anliegen oder aus demselben zurückziehbar sind. Die Spitzen der Ventilschäfte 16, 16a, 16b und 16c sind so bemessen, daß kein Gas aus dem Kanal 11 in den Kanal 28, aus dem Kanal 29 in den Kanal 6, aus dem Kanal 12 in den Kanal 28' oder aus dem Kanal 29* in ,den Kanal 7 strömen kann, wenn sie bei den Kanälen 28, 29, 28' und 29* gegen den Ventilkörper angelegt werden. Die beiden oberen Ventilschäfte 16 und 16a weisen Strömungswege 9 bzw. 9¹ auf, wodurch Gas aus dem Kanal 11 durch den Ventilschaft 16 in den Kanal 8 auf der linken Seite des Ventilkörpers 10, und aus dem Kanal 8 in den Kanal 6 auf der rechten Seite des Ventilkörpers 10 strömen kann. Jeder Ventilschaft kann an seiner Aus?- senseite an der Verbindungsstelle der konischen Spitze und des zylindrischen Schaftes mit einem gerundeten Rand versehen sein, um eine bessere Dichtung mit den Zylinderlaufbuchsen zu erreichen.

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Eine aus einer hohlen Zylinderlaufbuchse 17 (17a) bestehende Dichtung umschließt einen Abschnitt eines jeden der Ventilschäfte 16, 16a, 16b und 16c gasundurchlässig, wobei ein Ende derselben in den erweiterten Hohlräumen 13¹ und 14' der Bohrungen aufliegt. Die beiden oberen Zylinderlaufbuchsen 17 und 17a weisen Öffnungen 4 bzw. 5 auf, durch die Gas aus dem Strömungsweg 9 in dem Ventil-

16 in dem Kanal /
schaft/8 auf der oberen linken Seite des Ventilkörpers, und aus dem Kanal 8 in den Strömungsweg 9' in eiern Ventilschaft 16 auf der oberen rechten Seite des Ventilkörpers strömen kann. Eine Reihe von Dichtungsringen 19 liegt an der Zylinderlaufbuchse 17 an und

™ umschließt einen kleinen Abschnitt eines jeden Ventilschaftes, - während auf den Dichtungsringen ein Dichtungsfolgeglied 20 aufliegt. Jede Zylinderlaufbuchse 17, die Dichtungsringe 19 und das Dichtungsfolgeglied 20 sind von einem hohlen zylindrischen Gehäuse (Ventilhaube) 18 umschlossen; die Gehäuse sind an ihrem einen Ende mit einem in das Gewinde der Bohrungen 13" und 14" passenden Aussengewinde versehen, während das andere Ende eines jeden Gehäuses 18 durch eine Stopfbuchsenmutter abgedichtet ist, die mit einem in das sich vom Ventilkörper weg öffnende Innen-

fc gewindeende des Gehäuses 18 passenden Gewinde versehen ist. Die Dichtungseinrichtung einschließlich des Dichtungsfolgegliedes 20 wird also von der Stopfbuchsenmutter 21 in ihrer richtigen Lage gehalten; letztere ist dabei hohl ausgebildet und kann somit einen Abschnitt des Ventilschaftes 16 umfassen, wobei ein die freie Bewegung der Ventilschäfte erlaubender Spielraum verbleibt.

Die beiden Ventilschäfte 16 und 16a auf der oberen Seit«, des Ventilkörpers bilden ein Paar, das zum Zwecke einer genauen Be-

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zeichnung als das obere Paar von Ventilschäften bezeichnet wird, während die auf der unteren Seite des Ventilkörpers angeordneten Ventilschäfte (16b und 16c) ein weiteres, als das untere Paar von Ventilschäften bezeichnetes Paar bilden. Wie schon vorstehend erwähnt, ist die Lage des Probenentnahmeventils unwesentlich für seine Arbeit. Das obere Paar der Ventilschäfte 16 und 16a ist mit einem oberen Querträger 22, das untere Paar der Ventilschäfte 16b und 16c mit einem unteren Querträger 24 verbunden, wobei die Verbindung, wie in der Zeichnung dargestellt, durch Querträgermuttern t 23, jedoch auch auf andere Weise, z.B. durch Schweißen, erfolgen kann. Der obere Querträger 22 ist seinerseits mit einer Antriebswelle 25 verbunden, der Energie signale zugeführt werden, so daß der obere Satz von Ventilschäften 16 und 16a dergestalt betätigt wird, daß dieselben aus einer geschlossenen Stellung, in welcher

10 die Spitzen der Ventilschäfte 16 und 16a mit dem Ventilkörper/in Berührung sind, in eine offene Stellung gebracht werden, in welcher die Spitzen der Ventilschäfte 16 und 16a den Ventilkörper 10 nicht berühren. Der untere Querträger 24 ist mit einer Antriebswelle 27 verbunden, der Energiesignale zugeführt werden, so * daß der untere Satz von Ventilschäften 16b und 16c so betätigt wird, daß dieselben aus einer offenen Stellung, in welcher die

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Spitzen der Ventilschäfte 16b und 16c den Ventilkörper /nicht berühren, in eine geschlossene Stellung gebracht werden, in welcher die Spitzen der Vent.ilschäfte 16b und 16c den Ventilkörper 10 berühren und den Durchstrom des Fluids begrenzen.

Für ein fehlerfreies Arbeiten des Ventils ist die Herstellung einer freien, nicht verengten Verbindung zwischen der koni-

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jchen Spitze eines Jeden Ventilschaftes 16, I6a, 16b und 16c und dem Ventilkörper an den jeweiligen, von der Verbindungsstelle des Kanals 28 und des Hohlraums 13i des Kanals 29 und des Hohlraums 14, des Kanals 28· und des Hohlraums 13a und des Kanals 29' und des Hohlraums 14a gebildeten Ventilsitzen zu bestimmten Zeiten (in Abhängigkeit von der Arbeitsweise des Ventils, wie im folgenden noch zu erläutern sein wird) erforderlich. Der Durchmesser der Kanäle 28, 29, 28· und 29' ist kleiner als der Durchmesser eines Jeden Ventilschaftes 16, 16a, 16b und 16c, so daß die koni-) sehen Spitzen dieser Schäfte zum Teil in die Kanäle 28, 29, 28· und 29* passen und so die Strömungswege für den Durchgang des Fluids dicht verriegeln. Auf diese Weise bewegt sich jeder der Ventilschäfte gleitend über eine kleine Strecke, wenn den Querträgern 22 und 24 Energie zugeführt wird. Jeder Satz der Ventilschäfte steht mit dem Ventilkörper 10 in Eingriff, nachdem er vollkommen herab- bzw. heraufgedrückt wurde. Werden die Schäfte Jedoch zurückgezogen, so lassen sie einen Strömungsweg für das Fluid offen. Auf diese Weise wirken die Ventilschäfte für die Strömungswege als eine einfache Folgeschaltung, durch die das Strömen bzw. Nichtströmen des Fluids durch den Ventilkörper regelbar ist. Wie Jedocn schon vorstehend beschrieben, sind in den oberen Satz der Ve rt„Ischäfte 16 und 16a Strömungswege 9 und 9' gebohrt, so daß aas Trägergas durch diese Strömungswege 9 und 9^f strömt, wenn die Schäfte auf dem Ventilkörper 10 aufsitzen.

Die Arbeitsweise des Probenentnahmeventils wird anhand der Fig. 1, 2 und 3 beschrieben, wobei sich die Beschreibung auf die

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Probenentnahme eines Untersuchungsgases für die Analyse durch ein Analysiergerät bezieht. Wenn die Probenentnahmefolge beginnt, liegt der obere Satz der Ventilschäfte 16 und 16a dicht auf dem Ventilkörper 10 auf und dichtet die Kanäle 28 und 29 gegenüber den Kanälen 11 bzw. 6 ab, so daß das Trägergas nicht in die Kanäle 28 und 29 eintreten kann, wie in Fig. 3 dargestellt. Zuerst wird ein Durchlauf- oder Trägergas aus einer Quelle CG in die Leitung 31 eingebracht, von wo es den Ventilkörper 10.durchströmt, indem es in den Kanal 11 eintritt,- durch den Hohlraum 13, den Strömungsweg 9 im Ventilschaft 16 und durch den Strömungsweg 4 in der Zylinderlaufbuchse 17 strömt und schließlich den Kanal 8 erreicht. Aus diesem Kanal 8 strömt das Gas durch die öffnung 5 in der Zylinderlaufbuchse 17a und durch den Strömungsweg 9' im Ventilschaft 16a, erreicht so den Kanal 6 und tritt in die Leitung 33 aus, welche zu dem Analysiergerät 34 führt, in welchem durch das allein ankommende Trägergas die Nulleffekt-Zählung festgelegt wird. Das Trägergas strömt mit konstanter, vorbestimmter Geschwindigkeit.

Zu Beginn der Probenentnahmefolge wird der untere Satz der Ventilschäfte 16b und 16c dicht am Ventilkörper 10 angelegt, wodurch die Kanäle 28' und 29', wie in Fig. 3 dargestellt, gegen die Kanäle 12 bzw. 7 verschlossen werden. Ferner wird ein Ventil 37 in die Offen-Stellung gedreht, so daß Gas in der Leitung 30 strömen kann. Ehe der untere Satz der Ventilschäfte 16b und 16c aus der Berührung mit dem Ventilkörper 10 zurückgezogen wird, kann es wünschenswert sein, ein inertes Gas .durch Zurückführen durch einen dem Kanal' 12 entsprechenden Kanal 40 zu reinigen.

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Das inerte Gas kommt aus dem Kanal 40 in den Hohlraum 13 durch den Kanal 12 und die Leitung 30 und erreicht in dieser Leitung bei 36 eine poröse Metallplatte, die durch eine öffnung eine Verbindung mit der Leitung 32 herstellt. Das Reinigen des Gases durch Zurückführen steht im freien Belieben, ist jedoch wünschenswert, wenn die beim Abziehen des Untersuchungsgases aus der Leitung verwendete poröse Metallplatte zeitweise durch Feststoffe verstopft ist. Um das Durchströmen des Ventilkörpers 10 mit Untersuchungsgas einzuleiten, wird der untere Satz der Ventilschäfte 16b und 16c in seine vom Ventilkörper 10 entfernte Stellung gebracht, so daß das Untersuchungsgas aus der Leitung 30 frei in den Kanal 12 im Ventilkörper 10 strömen kann (vgl. Fig. 1). Dann strömt das Untersuchungsgas in den Hohlraum 13a, steigt im Kanal 28^f nach oben in den Probenentnahme-Strömungsweg (Kanal) 26 und strömt im Kanal 29* nach unten in den Hohlraum 14a. Aus diesem Hohlraumll4a tritt das Gas in den Kanal 7 ein und verläßt den Ventilkörper 10 durch die Leitung 35.

Wie vorstehend beschrieben, kann die Leitung 35 stromabwärts vom Hauptstrom des Untersuchungsgases in der großen Leitung 32 zurückführen, und sich je nach Wunsch in die Aussenatmosphäre oder eine Luftverunreinigungs-KontroiDeinrichtung öffnen. Das Untersuchungsgas läßt man nur während einer kurzen Zeit strömen, so daß das in dem Kanal 26 des Ventilkörpers 10 befindliche Untersuchungsgas das augenblicklich in dem Untersuchungsgasstrom vorhandene Gas darstellt; dann wird der unteren Antriebswelle sie bewegende Energie, zugeführt, wodurch der mit der Welle 27

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verbundene untere Querträger 24 bewegt und der damit verbundene untere Satz der Ventilschäfte 16b und 16c bei den Kanälen 28' und 29' des Ventilkörpers 10 mit demselben in Berührung gebracht wird (typische Abmessungen des durch die Bewegung zurückgelegten Weges: 3»15 mm bis 6,35 εώ). Hierdurch wird das Untersuchungsgas

26 in dem Maße in dem Probenentnahme-Strömungsweg/eingeschlossen, in dem die Schäfte 16b und 16c eine gasundurchlässige Dichtung bilden, wenn sie mit dem Ventilkörper 10 in Berührung sind.

Anschließend wird,während das Durchlauf- oder Trägergas in dem vorstehend beschriebenen Zustand gehalten wird, der oberen Antriebswelle 25 Energie zugeführt, wodurch der damit verbundene Querträger 22 bewegt und der mit demselben verbundene obere Satz der Ventilschäfte 16 und 16a eine bestimmte Strecke weit von dem Ventilkörper 10 zurückgezogen wird (typische Abmessungen: 3,15 mm bis 6,35 rna), so daß die durch die Ventilschäfte 16 und 16a des oberen Satzes verlaufenden Strömungswege 9 und 9' durch die Zylinderlaufbuchsen 17 und 17a verriegelt werden, wodurch das aus dem Strömungsweg 11 in den Hohlraum 13 eintretende Durchlaufoder Trägergas durch den Kanal 28 nach unten in den Probenentnahme-Strömungsweg 26 gedrückt wird; von hier steigt das Durchlauf- oder Trägergas nach oben durch den Kanal 29 in den Hohlraum 14 und strömt durch den Strömungsweg 6 zu der Leitung 33 und dem Analysiergerät 34. Dies entspricht der in Fig. 2 gezeigten Stellung des PrObenentnahmeventils.' Nachdem das Durchlaufgas das eingeschlossene Untersuchungsgas zu dem Analysiergerät 34 befördert hat, wird der obere Satz der Ventilschäfte wieder mit dem Ventil-

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körper 10 in Berührung gebracht, so daß das Durchlaufgas wieder aus dem Strömungsweg 11 in den Hohlraum 13, durch den Strömungsweg 9 des Schaftes 16 und den Strömungsweg 4 der Zylinderlaufbuchse 17 in den Kanal 8, aus dem Kanal 8 durch den Strömungsweg 5 der Zylinderlaufbuchse 17a und den Strömungsweg 9' des Schaftes 16a in den Kanal 6 und aus diesem in die Leitung 33 und zu dem Analysiergerät 34 strömt. Überdies verbleibt der untere Satz der Ventilschäfte 16b und 16c in Kontakt mit dem Ventilkörper 10, bis das nächste Untersuchungsgas in den Kanal 12 des Ventilkörpers 10 strömt. Diese Stellung des Ventils ist in Fig. 3 dargestellt. In diesem Augenblick ist der Probenentnahmezyklus vollkommen.

Kurz zusammengefaßt und anhand der Zeichnungen erklärt, verläuft dieser Zyklus folgendermaßen: Er beginnt mit der in Fig. 3 dargestellten Stellung, wobei der untere Satz der Ventilschäfte, wie in Fig. 1 dargestellt, zurückgezogen ist, um das Untersuchungsgas einströmen zu lassen, worauf der Satz gegen den Ventilkörper angelegt wird, um eine Probe in dem Probenentnahme-Strömungsweg einzuschließen. Dann wird, wie aus Fig. 2 ersichtlich, der obere Satz der Ventilschäfte von dem Ventilkörper 10 zurückgezogen, bis das Trägergas das Untersuchungsgas im Kanal 26 zu dem Analyslergerät 34 gedrückt hat, worauf alle Schäfte, wie in Fig. 3 gezeigt, wieder mit dem Ventilkörper 10 in Berührung zurückgebracht werden. Aus den Vorstehenden könnte ein Fachmann verschiedene Schaltungen aufbauen, die entweder von Hand oder durch eine mit Bearbeitungsabläufen koordinierte Steuerfolge betätigt werden.

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Aus der vorstehenden Beschreibung ist ohne weiteres ersichtlich, daß nur eine minimale Anzahl von Teilen und ein begrenzter Oberflächenbereich mit dem 'hochtemperaturigen Korrosions-Untersuchungsgas in Berührung kommt. Insbesondere kommen die Kanäle 12, 28», 28, 26, 29, 29', 6 und 7 sowie die Hohlräume 13a und 14a und die Spitzen der Ventilschäfte 16, 16a, 16b und 16c am ehesten mit dem Untersuchungsgas.'in Berührung. Es ist wichtig, die Anzahl der mit dem Untersuchungsgas in Berührung kommenden Teile und ihren Oberflächenbereich auf ein Mindestmaß zu verringern, da dieselben aus besonders geeignetem Material hergestellt werden.

Der Ventilkörper 10 (oder eine Auskleidung für die mit dem Untersuchungsgas in Berührung kommenden Kanäle 12, 28, 28', 26, 29, 29', 6 und 7 und-die Hohlräume 13a und 14a des Ventilkörpers 10) und die Spitzen der Ventilschäfte 16, 16a, 16b und 16c (oder ein Überzug für die Spitzen) werden gewöhnlich aus hitze- und korrosionsbeständigen Stoffen, vorzugsweise Nickel und Nickellegierungen des HASTELLOY A- und B-Typs " '.:, hergestellt, doch { haben sich die hochwertigen Stähle der Typen 316, INCONEL und MONEL ebenfalls als brauchbar erwiesen. Die einen jeden Ventilschaft umschließenden Zylinderlaufbuchsen (17 (17a) bestehen gewöhnlich aus gepresstem Graphit oder Kohlenstoff, doch können auch andere Stoffe, wie z.B. verfügbare hitzebeständige, selbstschmierende Verbindungen, verwendet werden. Die anderen Ventilteile können aus weniger kostspieligem, herkömmlichem Material bestehen, da sie nicht mit dem hochtemperaturigen Korrosions-Untersuchungs-

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gas in Berührung kommen. Die Ventilhaube, die Stopfbuchsenmuttern, die Querträger, die Querträgermuttern und die Antriebswelle können aus herkömmlichen Stahl- oder Aluminiumlegierungen bestehen. Typische Stoffe für die Herstellung der Dichtungsringe und der Dichtungsfolgeglieder sind Kohlenstoff oder gepresster Graphit. Die mit dem Untersuchungsgas in Berührung kommenden Leitungen (z.B. 30, 33, 35) werden aus vorhandenen Nickelrohrvorräten ausgewählt. Für die nicht mit dem Untersuchungsgas in Berührung kom- * menden Leitungen (z.B. 31) kann man herkömmliche Rohre aus nichtrostendem Stahl oder einer Nickellegierung wählen.

Ein typisches Probenentnahmeventil-Betätigungssystem für die erfindungsgemäße Probenentnahme hochtemperaturiger Korrosionsgase ist ausführlicher in Fig. 4 gezeigt. In dieser Figur bezeichnet 40 entweder eine von Hand betätigbare Impulsabgabeeinrichtung zum Betätigen eines Magnetventils 42 oder einen Taktgeber zum Betätigen des Magnetventils 42 in einer vorbestimmten Zeitfolge mittels auf elektrischen Leitungen 41 übertragener elektrischer Energie. Eine Luftquelle 44 wandert in der Leitung 43, die sich bei 45 !-in drei Leitungen 46, 47 und 48 teilt. Wenn das Magnetventil 42 erregt ist, setzt es durch die in einer Leitung' 49 befindliche Luft

einen pneumatischen Motor 50 in Betrieb, der mittels einer beispielsweise aus einem Riemenantrieb bestehenden Einrichtung 52 • das Getriebe 51 antreibt. Das Getriebe 51 dreht die Welle 53 und die darauf befestigten Nocken 54, 55, 56 land 57, die in einer noch anzugebenden Folge vier verschiedene Dreiwegventile 58, 59, 60 und 61 betätigen. Das Dreiwegventil 58 betreibt den pneumati-

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sehen Motor 50 während eines vollständigen Arbeitszyklus¹ (gewöhnlich etwa 60 Sek.)» indem es die in der Leitung 47 befindliche Luft den pneumatischen Motor 50 antreiben läßt. Das Dreiwegventil 59 öffnet ein Membranventil 64, wodurch'die Probenentnahmeleitung 30 und die poröse Platte bei 36 etwa 20 Sekunden lang durch Rückströmen gereinigt wird, und schließt es sodann. Das Dreiweg-Luftventil 60 führt Luft unter die Membran 70, wodurch der mit ihr verbundene Satz der Ventilschäfte 16b und 16c vom Ventilkörper 10 zurückgezogen wird, so daß 30 Sekunden lang Untersuchungsgas durch den Probenentnahme-Strömungsweg 26 strömen kann, und läßt dann den Satz der Ventilschäfte 16b und 16c auf dem Ventilkörper 10 aufsitzen, wodurch eine Probe des Untersuchungsgases in dem Probenentnahme-Strömungsweg 26 eingeschlossen wird. Dann betätigt die Nocke 57 das Dreiwegventil 61, so daß Luft aus der Leitung 71 das zur pneumatischen Seite hin offene Ventil 73 betätigen kann. Wenn die Membran 74 dieses Ventils 73 niedergedrückt wird, wird die Antriebswelle 25 von dem Vßntilkörper 10 weggezogen, wodurch wiederum der Querträger 22 und der mit diesem verbundene Satz der Ventilschäfte 16 und 16a so bewegt wird, daß die Spitzen der Ventilschäfte die Kanäle 28 und 29 (in Fig. 1) im Ventilkörper nicht mehr abschließen, sondern daß nun die aus Kohlenstoff bestehenden Zylinderlaufbuchsen 17 und 17a die in den Ventilschäften 16 und 16a vorgesehenen Strömungswege 9 und 9¹ verriegeln. Venn dieser Vorgang vollendet ist, tritt das in der Leitung 31 befindliche Durchlauf-·oder Trägergas aus dem Strömungsweg 11 in den Kanal 28 und drückt so das in dem Probenentnahiae-Strömungsweg 26 vorhandene Untersuchungsgas aus demselben heraus,

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nach oben durch den Kanal 29 zu dem Strömungsweg 6 und in die zu dem Analysiergerät 3A führende Leitung 33. Bei normalen Betriebsbedingungen dauert es etwa vier Sekunden, bis das Trägergas das in dem Probenentanhme-Strömungsweg 26 befindliche Untersuchungsgas herausgespült bzw. -gedrückt hat. Wenn die Welle 53 sich wie^ der in Ruhe befindet, sind die zur pneumatischen Seite hin offenen Ventile 73 und 69 geschlossen, wodurch beide Sätze der Ventilschäfte 16 mit dem Ventilkörper 10 in Berührung bleiben.

Die beschriebene Betätigung des Ventils (d.h. die Betätigung aus einer Stellung wie in Fig. 3» in welcher beide Sätze der Ventilschäfte mit dem Ventilkörper in Berührung sind, über die in Fig. 2 gezeigte.Stellung in die Stellung von Fig. 1 und zurück in eine Stellung, in der, wie in Fig. 3_f beide Sätze der Ventilschäfte mit dem Ventilkörper in Berührung sindi geht sehr schnell vor sich, so daß die Zeit, während welcher alle vier Ventilschäfte gleichzeitig von dem Ventilkörper zurückgezogen sind, äußerst kurz ist. Daher ist die Unterbrechung des Stromes des Durchlaufgases nur eine geringfügige, die von dem Analysiergerät Jk nicht erfaßt wird. Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ventil kann auch in einem isolierten Gehäuse eingeschlossen und beheizt sein, so daß der Ventilkörper und seine Bestandteile während der Probenentnahme auf einer gewünschten hohen Temperatur gehalten werden können.

Das erfindungsgemäße Probenentnahmeventil ist ziemlich einfach herzustellen; die einzigen kritischen Bearbeitungsvorgänge treten bei den Oberflächen für die Kanäle 11, 8, 6, 7, 26 und 12,

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den Bohrungen 28-28«, 29-29», 13, 13a, 13', 13", 14, 14a, 14« und 14" und den Spitzen : ■" der Ventilschäfte 16 auf. Die Kanäle 8 und 26 werden von einer Seite in den Ventilkörper 10 gebohrt, wobei der zusätzlich weggeschnittene Bereich von der Seite des Ventilblockes bis zum Anfang der Kanäle 8 und 26 durch Schweissen oder kräftige Schrauben ausgefüllt wird. Ferner ist der zum Betätigen de s Ventils benötigte Luftdruck sehr gering. Die Schäfte werden praktisch nur einen Bruchteil eines Zentimeters weit bewegt (typische Abmessungen: 3,15 mm bis 6,35 mm), vorzugsweise maximal 3,15 mm, wenn die Schäfte aus der Berührung mit dem Ventilkörper zurückgezogen oder mit demselben in Berührung gebracht werden. Gegebenenfalls können die" Kanäle 11, 12, 6 und 7 auch im rechten Winkel zu den Kanälen 8 und 26 gebohrt werden, anstatt, wie in Fig. 1 bis 3 dargestellt, in einer Linie mit den Kanälen 8 und 26.

Das erfindungsgemäße Ventil hat sehr kleine Abmessungen. So betragen z.B. die Abmessungen von der Aussenoberflache der oberen Stopfbuchsenmutter 21 bis zur Aussenoberfläche der unteren Stopfbuchsenmutter 21 33 cm ί 5 cm. Die Gesamtbreite des Ventilkörpers kann 5,7 cm - 2,5 cm betragen, wobei die Tiefe des Ventilkörpers 5,7 cm ί 2,5 cm beträgt. Die durch den erfindungsgemäßen Ventilkörper verlaufenden, gasführenden Strömungswege 11, 8, 6, 7, 26 und 12 sind klein ausgebildet, da Analysiergeräte selbst für ein kleines Volumen einer Probe sehr genaue Meßwerte angeben können. Jedoch kann die Größe des Probenentnahme-Strömungsweges 26 ohne weiteres dadurch verändert werden, daß verschieden große Bohrungen verwendet werden, wenn ein größeres Volumen erwünscht ist.

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Da die gasführenden Strömungswege so klein sind, ist etwa vorhandener toter Raum im Vergleich zu dem Probenentnahmevolumen auf ein sehr kleines Volumen begrenzt.

Ein Muster des Ventils zog sechs Monate lang, ohne zu versagen, Proben eines Untersuchungsgases aus einer Umsetzung von Isophthalnitril und Chlor in einer Dampfphase ab. Der Ventilkörper besteht wie der 12,7 mm lange Abschnitt am unteren Ende aller Ventilschäfte aus Nickel, während die Dichtung aus gepresstem Kohlenstoff besteht. Die Temperaturen des in das Ventil eingeführten Untersuchungsgases liegen zwischen 300 und 40O⁰C. Die analysierten Untersuchungsgase enthielten die folgenden Bestandteile: Chlor, Chlorwasserstoff und Tetrachlorisophthalnitril. Die Prüfung der auseinandergenommenen Ventilteile ergab nicht nur ein Minimum an Korrosion, sondern es wurde geschätzt, daß das Ventil mindestens noch einmal so lang hätte arbeiten können, ehe ein Austausch von Bestandteilen erforderlich gewesen wäre.

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Claims (4)

ι U U 5 8 4 1 Ansprüche :

1. Angeströmtes Probenentnahmeventil zum Mischen kontrollierter bzw. dosierter Volumina hochtemperaturiger Korrosionsgase mit einem zweiten Gas, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilkörper (10) mit zwei ihn durchlaufenden Strömungswegen (11, 12) versehen ist, von denen einer hochtemperaturige Korrosionsgase führt, während der andere ein zweites Gas aufnimmt, a und zwei durch den Ventilkörper (10) verlaufende, die Strömungswege kreuzende und so zwei Kanäle (28, 28'; 29, 29') zwischen diesen Strömungswegen bildende Kammern (13, 13a; 14, 14a) aufweist, wobei das Volumen des die hochtemperaturigen Korrosionsgase aufnehmenden Strömungsweges (26) zwischen den Kanälen als ein Probenentnahme-Strömungskanal für die Korrosionsgase dient;

daß vier Ventilhauben (18) vorgesehen sind, von denen jeweils eine an jedem Ende der beiden Kammern fest in dem Ventilkörper (10) angebracht ist, wobei jede Ventilhaube (18) eine Dichtungseinrich- g tung (17, 17a) umschließt, und jede Dichtungseinrichtung wiederum einen Abschnitt eines Ventilschaftes (16, 16a, 16b, 16c) umschließt, so daß zwei Sätze von Ventilschäften vorhanden sind, d.h. ein Satz auf jeder Seite des Ventilkörpers (10);

daß jeder Ventilschaft (16, 16a, 16b, 16c) so gleitend verschiebbar gelagert ist, daß durch ihn ein Ende eines Kanals (28, 28'; 29, 29') zwischen den Strömungswegen (11, 12; 6, 7) verriegelbar ist; - 2 -

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2 ü.ü 5 3 4 1

daß ein Satz der Ventilschäfte (16, 16a, 16b, 16c) in dem Strömungsweg (11) der den zweiten Gasstrom aufnimmt und mit einem Strömungsweg (9, 9'; 4, 5) durch die Schäfte und durch die dazugehörige Dichtungseinrichtung (17, 17a) versehen ist, so angeordnet ist, daß das zweite Gas den Strömungsweg (9, 9¹) durch die Ventilschäfte (16, 16a) passieren kann, wenn letztere mit dem Ventilkörper (10) in Berührung sind;

daß vier Stopfbuchsenmuttern (21) vorgesehen sind, die Jede ein Ende der vier Ventilhauben (18) verriegeln und die Dichtungseinrichtungen (17, 17a) innerhalb der Ventilhauben (18) festhalten, wobei Jede Stopfbuchsenmutter (21) den entsprechenden Ventilschaft (16, 16a, 16b, 16c) so umschließt, daß er frei gleitend durch diese Stopfmutter bewegbar ist;

daß Jeder aus zwei Ventilschäften (16, 16a; 16b, 16c) bestehende Satz an einem Querträger(22; 24) so befestigt ist, daß die Ventilschäfte Jeweils paarweise gleitend bewegbar sind;

daß Jedem Querträger (22; 24) Energiesignale zuführbar sind, wodurch der Querträger bewegt und demzufolge der damit verbundene Satz von Ventilschäften gleitend mit dem Ventilkörper (10) in Berührung bringbar ist und die Spitzen des damit verbundenen Satzes von Ventilschäften aus der Berührung mit dem Ventilkörper (10) zurückziehbar sind, und

daß der Ventilkörper (10) einen kontinuierlichen Strom eines zweiten Gases in dem dem von einem Strömungsweg (9, 9¹) durchzogenen Satz von Ventilschäften (16, 16a) zugeordneten Strömungsweg (11) sowie einen diskontinuierlichen Strom eines hochtemperaturigen

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Korrosionsgases in dem anderen Strömungsweg (12) aufnimmt.

2. Probenentnahmeventil nach Anspruch· 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strömungswege des Ventilkörpers (10) mit einem hitzebeständigen Material aus der Nickel-Gruppe oder Legierungen des HASTELLOY-Typen, aus dem

.nichtrostenden Stahl der Typen 316 oder aus INCONEL und MONSL ausgekleidet sind.

3. Probenentnahmeventil nach ,Anspruch'2, dadurch ge- \ kennzeichnet, daß die Spitzen der Ventilschäfte (16, 16a, 16b, I6c) mit einem hitzebeständigen Material aus der Nickel-Gruppe oder Legierungen des HASTELLOY-Typen, aus dem nichtrostenden Stahl der Typen 316 oder aus INCONEL und MONEL überzogen sind.

4. Probenentnahmeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (10) aus einem hitzebeständigen Material aus der Nickel-Gruppe oder Legierungen des HASTELLOY-Typen, aus dem nichtrostenden Stahl der Typen oder aus INCONEL und MONEL besteht.

Probenentnahmeventil nach Anspruch 4, dadurch g e kennzeichnet, daß die Spitzen der Ventilschäfre (16, 16a, 16b, 16c) mit einem hitzebeständigen Material aus der Nickel-Gruppe oder Legierungen des HASTELLOY-Typen, aus em nichtrostenden Stahl der Typen ]516 oder aus INCONEL und MONEL überzogen sind.

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