DE3689373T2

DE3689373T2 - Temperaturmessapparat.

Info

Publication number: DE3689373T2
Application number: DE3689373T
Authority: DE
Inventors: M Dale Mayes
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Destec Energy Inc
Priority date: 1985-11-15
Filing date: 1986-10-14
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2006-10-15
Also published as: IN168125B; CA1282254C; TR24281A; NZ217750A; EP0223407A2; KR870005242A; DE3689373D1; EP0223407A3; CN1008829B; US4630939A; ZA867850B; EP0223407B1; CN86107606A; AU592126B2; JP2557356B2; AU6512486A; JPS62119425A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung der Temperatur eines fluiden Mediums, das in einem Gefäß enthalten ist.
Kombinationen aus Strahlungspyrometer und Zielrohr (target tube) sowie durch Rohre geschützte Thermoelemente werden oft als Temperaturfühler eingesetzt, um Temperaturmessungen in Reaktionsgefäßen durchzuführen. Das Thermoelement, sein Schutzrohr und das Zielrohr müssen aus Materialien bestehen, die ihnen eine annehmbare Lebensdauer unter den Reaktionsbedingungen sichern, denen sie ausgesetzt werden. Wenn die Reaktionstemperaturen sehr hoch sind, beispielsweise 3.000º F (1.650ºC), wie sie bei der Teiloxidation von kohlenstoffhaltigen Schlämmen herrschen, kann man für die erwähnten Teile von Temperaturfühlern trotz ihrer Konstruktionsmaterialien nur eine Lebenszeit unter Reaktionsbedingungen von vielleicht 200 bis 300 Stunden erwarten. Es ist jedoch möglich, die Gebrauchsdauer solcher Teile, d. h. die Anzahl von Verfahrensstunden, während derer diese Teile noch brauchbar sind, zu verlängern, indem man die Temperaturmessungen periodisch vornimmt und diese Teile aus dem Reaktionsgefäß und ihrer fluiden Umgebung entfernt, wenn gerade keine Temperaturmessungen stattfinden. Eine solche Entfernung ist zeitaufwendig, und da Temperaturmesssungen möglicherweise oft stattfinden müssen, beispielsweise jede halbe Stunde, ist einzusehen, daß die Entfernung der Teile, die man zu schützen sucht, arbeitsintensiv und daher hinsichtliche der Kosten nicht sehr effizient ist.
Es wird beispielsweise in FR-A-2381298 (veröffentlicht am 15. September 1978) und in EP-A-0008041 (veröffentlicht am 20. Februar 1980) vorgeschlagen, die Reinigung einer kalorimetrischen Sonde (calorimetric probe) dadurch zu erleichtern, daß man sie zur teilweisen oder vollständigen Entfernung aus dem Reaktionsgefäß gleitfähig anbringt. Nach FR-A-2381298 wird die Sonde zur teilweisen Entfernung durch ein Loch in der Wand des Reaktionsgefäßes umgekehrt angebracht (reciprocally mounted). Die Sonde trägt eine Hammerscheibe, die gegen einen Amboß getrieben wird, wenn die Sonde sich in Richtung auf das Reaktionsgefäß bewegt, wodurch ein mechanischer Schock erzeugt wird, welcher Material abbricht, das sich am auf das Reaktionsgefäß weisenden Ende (distal end) der ,Sonde ansetzt. Nach EP-A-0008041 wird die Sonde umgekehrt in einer Hülse angebracht (reciprocally mounted in a bushing), die mit dem Reaktionsgefäß verbunden wird, so daß die Sonde wiederholt zwischen ihrer Meßposition und einer Position hin und her bewegt werden kann, in der sie von der Hülse aufgenommen wird. Diese Bewegung reinigt die Sonde von Material, das sich auf ihr ansetzt.
Diese Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur periodischen Messung der Temperaturen einer fluiden Umgebung innerhalb eines Gefäßes zur Verfügung, wobei diese Vorrichtung und dieses Verfahren während des Betriebes in vermindertem Maße arbeitsaufwendig sind.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung für die periodische Messung der Temperatur einer fluiden Umgebung innerhalb eines Gefäßes zur Verfügung) die gekennzeichnet ist durch
(a) eine Kammer, die abdichtbar mit dem Gefäß verbunden werden kann, um einen fluiden Fluß zwischen der Umgebung der Kammer und dem Gefäß zu verhindern und die gegenüber dem Inneren des Gefäßes ständig offen ist, wodurch die Kammer einen Anteil ("fluides Kammermedium") der fluiden Umgebung enthält und wobei die Kammer so orientiert ist, daß natürliche Konvektion zwischen der Kammer und dem Gefäß verhindert wird;
(b) einen Temperaturfühler, der zwischen einer ersten und einer zweiten Position beweglich ist, ohne die Kammer zu berühren, wobei in der ersten Position
(i) mindestens ein Teil des Temperaturfühlers (47, 49) sich innerhalb der Kammer (20, 28, 46) befindet und
(ii) der Temperaturfühler (47-49) nicht im Kontakt mit der im Gefäß verbliebenen fluiden Umgebung ("fluides Gefäßmedium") ist, und wobei in der zweiten Position
(iii) wenigstens ein Teil (49) des Temperaturfühlers (47-49) sich aus der Kammer (20, 28, 46) erstreckt und in Kontakt mit dem fluiden Gefäßmedium ist, um dessen Temperatur zu messen; und
(c) Einrichtungen am geschlossenen Ende der Kammer, um einen wesentlichen fluiden Fluß in die Kammer zu verhindern, wenn sich der Temperaturfühler zwischen der ersten und der zweiten Position bewegt oder sich in der ersten oder der zweiten Position befindet; und
(d) Einrichtungen, um das fluide Kammermedium auf einer Temperatur zu halten, die niedriger ist als die Temperatur des fluiden Gefäßmediums.
Ein Merkmal der Vorrichtung nach dieser Erfindung ist eine Kammer, die sich zum Inneren des Gefäßes hin öffnet und daher einen Teil der fluiden Umgebung des Gefäßes enthält. (Der Einfachheit halber wird der Anteil der fluiden Umgebung innerhalb der Kammer als fluides Kammermedium bezeichnet, während der Anteil im Gefäß als fluides Gefäßmedium bezeichnet wird.) Die Kammer kann jede geeignete Konfiguration aufweisen und ist so bemessen, daß sie einen beweglichen Temperaturfühler, wie im folgenden beschrieben, aufnehmen kann, ohne daß dieser Temperaturfühler in Kontakt mit der Kammer steht, wenn er sich in Bezug auf die Kammer bewegt. Anfänglich wird das fluide Kammermedium auf eine Temperatur gekühlt werden müssen, der die Gebrauchsdauer des Temperaturfühlers nicht ungünstig beeinflußt. Diese Kühlung wird mittels eines Kühlsystems vorgenommen, das mit der Kammer verbunden ist. Infolge der Tatsache, daß das fluide Kammermedium sich auf einer Temperatur befindet, die niedriger als diejenige des fluiden Gefäßmediums ist, muß die Kammer so orientiert sein, daß keine natürliche Konvektion infolge der Dichteunterschiede zwischen den beiden Medien stattfindet. Die Kammer sollte daher so orientiert sein, daß das Kammermedium nicht infolge der Schwerkraft aus der Kammer fließt. Es hat sich als günstig und vorteilhaft erwiesen, daß die Kammer zumindest in dem Teil, der dem Gefäßmedium am nächsten kommt, zylindrisch ist.
Mit der Kammer verbunden sind Einrichtungen, die einen wesentlichen konvektiven Fluß zwischen dem gekühlten fluiden Kammermedium und dem fluiden Gefäßmedium verhindern. Indem eine solche Konvektionsbewegung vermindert und in manchen fällen völlig verhindert wird, findet nur geringe Wärmeübertragung zwischen diesen beiden fluiden Medien statt. Es kann jedoch infolge von Strahlung und/oder Wärmeleitung in einigem Umfang Wärmeübertragung vom Inneren des Gefäßes auf das fluide Kammermedium stattfinden. Sollte dieser Wärmeübergang ein Problem werden, dann können die Einrichtungen zur Kühlung kontinuierlich betrieben werden, um die Temperatur des fluiden Kammermediums auf der gewünschten Höhe zu halten. Eine bevorzugte Kühleinrichtung ist ein Mantel um zumindest einen Teil der Kammer, der ein zirkulierendes Wärmeübergangsmedium enthält, beispielsweise Salzlauge, Wasser oder Dampf.
Der Temperaturfühler der Vorrichtung nach dieser Erfindung ist zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position beweglich. Bei der ersten Position befindet sich zumindest ein Teil des Temperaturfühlers innerhalb der Kammer, und der Temperaturfühler wird vollständig von dem fluiden Gefäßmedium ferngehalten. Die erste Position wird von dem Temperaturfühler zwischen Temperaturmessungen eingenommen und sichert, wie zuvor diskutiert, niedrigere Temperaturbedingungen für den Temperaturfühler. In der zweiten Position befindet sich zumindest ein Teil des Temperaturfühlers außerhalb der Kammer und in Kontakt mit dem fluiden Gefäßmedium, so daß die Temperatur dieses Gefäßmediums gemessen werden kann.
Der Temperaturfühler ist vorteilhaft eine Kombination aus einem Schutzrohr und einem Thermoelement oder eine Kombination aus einem Strahlungspyrometer und einem Zielrohr. Es kann ein mit einem Schutzrohr versehenes Thermoelement üblicher Art verwendet werden, die ein langgestrecktes Rohr einschließt, das an seinem Meßende eine der Lötstellen (junction) des Thermoelements enthält. Diese Lötstelle und die zugehörigen elektrischen Leitungen werden innerhalb des Rohres üblicherweise durch pulverförmiges keramisches Material fixiert. Die andere Lötstelle des Thermoelements liegt am anderen Ende des langgestreckten Rohres und ist mit der erst genannten Lötstelle des Thermoelements durch elektrische Leitungen verbunden. Die zweite Lötstelle liegt üblicherweise außerhalb des Rohres.
Zu der Kombination aus Strahlungspyrometer und Zielrohr gehört ein hohles, langgestrecktes Zielrohr sowie ein Strahlungspyrometer, das durch das Innere des Rohres hindurch mit dem Meßende des Rohres in optischer Verbindung steht. Das Strahlungspyrometer selbst hat zu keinem Zeitpunkt Kontakt mit der fluiden Umgebung.
In beiden Fällen sind die Meßenden der langgestreckten Rohre die Anteile des Temperaturfühlers, die mit dem fluiden Kammermedium in Berührung kommen, wenn die Vorrichtungen für die Messung der Temperatur sich in der zweiten Position befinden.
Die Bewegung der Vorrichtungen für die Temperaturmessung zwischen der ersten und der zweiten Position wird vorteilhaft durch einen Antrieb bewirkt. Doppelt wirkende pneumatische Zylinder haben sich als besonders brauchbar erwiesen, weil die Kolbenstange des Zylinders leicht am von der Meßzone abgewandten Ende des langgestreckten Rohres der bevorzugten Temperaturfühler, wie sie gerade beschrieben wurden, angebracht werden kann, wodurch das langgestreckte Rohr der axialen Hin- und Herbewegung der Kolbenstange folgt. Besonders bevorzugt wird ein doppelt wirkender pneumatischer Zylinder, der eine hohle Kolbenstange aufweist, da das langgestreckte Rohr teilweise innerhalb der hohlen Kolbenstange angeordnet sein kann. Die hohle Kolbenstange und das langgestreckte Rohr werden an ihren jeweiligen von der Meßzone abgewandten Enden miteinander verbunden. Wenn man das Rohr auf diese Weise anordnet, kann es auf die später beschriebene Weise leicht ersetzt werden.
Diese Erfindung stellt auch ein Verfahren zur periodischen Messung der Temperatur einer fluiden Umgebung in einem Gefäß zur Verfügung, bei dem man:
(a) eine Kammer vorsieht, die abdichtbar mit dem Gefäß verbunden ist, um einen fluiden Fluß zwischen der Umgebung der Kammer und dem Gefäß zu verhindern, und die gegenüber dem Inneren des Gefäßes ständig offen ist, so daß die Kammer einen Anteil ("fluides Kammermedium") der fluiden Umgebung enthält;
(b) in der Kammer wenigstens einen Teil eines Temperaturfühlers anordnet, der die Kammer nicht berührt;
(c) aus der Kammer wenigstens einen Teil des Temperaturfühlers bis zu einem Punkt innerhalb der im Gefäß verbliebenen fluiden Umgebung ("fluides Gefäßmedium") bewegt, um die erforderlichen Bedingungen für eine Temperaturmessung zu schaffen; wobei ein wesentlicher fluider Fluß bei der Bewegung des Temperaturfühlers sowie an dessen erster und zweiter Position durch Dichtungen am geschlossenen Ende der Kammer verhindert wird;
(d) die Temperaturmessung vornimmt; und
(e) nach der Temperaturmessung den Teil des Temperaturfühlers, der bis zu dem in (c) erwähnten Punkt bewegt worden war, in die Kammer zurückbewegt, wobei die Kammer so orientiert ist, daß die natürliche Konvektion zwischen dem fluiden Kammermedium und dem fluiden Gefäßmedium verhindert wird, das fluide Kammermedium sowie das fluide Gefäßmedium in der Zeit, in der der Temperaturfühler sich zwischen den in (c) und (e) genannten Punkten bewegt oder sich an diesen Punkten befindet, im wesentlichen frei von Konvektionsbewegungen in Bezug aufeinander gehalten werden und der Temperaturfühler zwischen den Temperaturmessungen an dem in (e) genannten Punkt gehalten wird.
Bei dem Verfahren wird mindestens ein Teil eines Temperaturfühlers in einer Kammer angeordnet, die sich gegenüber der fluiden Umgebung öffnet. Da die Kammer gegenüber der fluiden Umgebung offen ist, enthält sie ein Teil derselben. Der Anteil der fluiden Umgebung innerhalb der Kammer und der verbleibende Teil der fluiden Umgebung werden im wesentlichen frei von Konvektionsbewegung in Bezug auf einander gehalten. Daß eine Konvektionsbewegung im wesentlichen nicht stattfindet, ist ein besonders wichtiges Merkmal des Verfahrens nach dieser Erfindung, da Wärmeübergang zwischen dem fluiden Kammermedium und dem fluiden Gefäßmedium minimiert, wenn nicht gar verhindert wird. Das fluide Kammermedium wird anfänglich auf eine gewünschte Temperatur gebracht und auf dieser Temperatur gehalten, die unterhalb der Temperatur des fluiden Gefäßmediums liegt. Beispielsweise kann eine Vorrichtung nach dieser Erfindung verwendet werden, um eine Kammertemperatur im Bereich von 70ºF (20ºC) bis 200º F (90ºC) aufrechtzuerhalten, wenn sie in Gefäßen eingesetzt wird, die fluide Umgebungen mit Temperaturen von bis zu 3.000º F (1.650º C) enthalten. Sollte infolge von durch Strahlung oder Leitung bewirktem Wärmeübergang von dem Gefäß in die Kammer die Temperatur in der Kammer in unannehmbarem Maße steigen, dann kann die Kammer gekühlt werden, beispielsweise mittels eines Wassermantels um die Kammer. Die Temperaturmessungen werden durchgeführt, indem ein Teil des Temperaturfühlers aus der kühlen Kammer bis zu einem Punkt innerhalb des fluiden Gefäßmediums bewegt wird. Wenn die Temperatur gemessen worden ist, wird der aus der kühlen Kammer vorgeschobene Teil des Temperaturfühlers in die Kammer zurückbewegt, bis die nächste Temperaturmessung erforderlich ist.
Dieses Merkmale und andere Merkmale, die zum befriedigenden Gebrauch und zur Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung beitragen, werden aufgrund der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden. In den Zeichnungen beziehen sich identische Ziffern auf identische Teile, wobei:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung nach dieser Erfindung darstellt, wobei sich der Temperaturfühler in der ersten Position befindet;
Fig. 2 ein Schnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Apparat ist, wobei sich jedoch der Temperaturfühler in der zweiten Position befindet; und
Fig. 3 ein Schnitt der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist, wobei sich der Temperaturfühler in einer Position zur Entnahme aus der Vorrichtung befindet.
Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Schnittlinien 4-4 in Fig. 2.
Die Fig. 1 bis 4 stellen eine Vorrichtung nach dieser Erfindung dar, ganz allgemein mit der Ziffer 10 bezeichnet, die an einer Gefäßwand angebracht ist, die ganz allgemein mit der Ziffer 12 bezeichnet ist. Die Gefäßwand 12 umfaßt eine äußere metallische Hülle 14 und eine innere Auskleidung 16 aus feuerfestem Material. Diese Art von Gefäßwänden wird in Gefäßen verwendet, in denen Reaktionen bei hohen Temperaturen/hohen Drücken ausgeführt werden sollen, beispielsweise die Teiloxidation von kohlenstoffhaltigen Schlämmen zur Erzeugung von Synthesegas usw . . Es sollte verstanden werden, daß die Vorrichtung 10 auch in Verbindung mit anderen Arten von Gefäßen brauchbar ist. Die Vorrichtung 10 wird an der Gefäßwand 12 mittels der Flansch 18 befestigt, die dicht gegenüber fluiden Medien ist.
Die Vorrichtung 10 hat an ihrem mit dem Gefäß verbundenen Ende (proximate end) den Hohlzylinder 20. Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, erstreckt sich der Zylinder 20 durch die Gefäßwand 12 in das Innere des Gefäßes. Die Erstreckung des Zylinders 20 in das Innere des Gefäßes ist kein Erfordernis für diese Erfindung, aber sie wird bevorzugt, weil auf diese Weise die Strahlungswärme vermindert wird, die in den durch den Zylinder 20 definierten Raum gelangt und weil eine solche Erstreckung den Temperaturfühler 47 vor schädigendem Kontakt mit festen Teilchen oder flüssigen Teilchen schützt, die sich im Inneren des Gefäßes bewegen können. Zur Kühlung des inneren Raumes, der durch den Zylinder 20 eingeschlossen wird, ist ein Wassermantel 22 vorgesehen, der der äußeren Oberfläche des Zylinders 20 angepaßt ist. Der Wassermantel 22 verfügt über einen Einlaß 26 und einen Auslaß 24, so daß ein Kühlmittel durch den Mantel im Kreis geführt werden kann. Der Wassermantel 22 dient der anfänglichen Kühlung der fluiden Umgebung innerhalb des Zylinders 20 und zum Ausgleich des Wärmeübergangs auf das Innere des Zylinders 20, der durch Strahlung oder Leitung aus dem Inneren des Gefäßes bewirkt wird.
Der Zylinder 20 und der Wassermantel 22 sind an ihren dem Gefäß abgewandten Enden durch Flansche mit dem Absperrschieber 28 verbunden. Die Flanschverbindung ist dicht gegenüber fluiden Medien. Der Absperrschieber 28 ist von üblicher Konstruktion.
Mit der dem Getap abgewandten weite des Absperrschiebers 28 ist ein doppelt wirkender pneumatischer Zylinder durch Flansche verbunden, der allgemein mit der Ziffer 32 bezeichnet ist. Die letztgenannte Flanschverbindung ist dicht gegenüber fluiden Medien. An dem benachbarten Ende des doppelt wirkenden pneumatischen Zylinders 32 befindet sich ein Notventil 30, das in einem Teil des Zylinderflansches 31 angeordnet ist. Der doppelt wirkende pneumatische Zylinder 32 hat eine benachbarte Endplatte 38 und eine am entgegengesetzten Ende befindliche Endplatte 36, wobei die Endplatten zusammen mit dem Zylinder 34 einen zylindrischen Hohlraum definieren, in dem sich der gleitfähige Kolben 44 befindet. Der Kolben 44 ist mit einer hohlen Kolbenstange 46 verbunden, die genügend lang ist, so daß unabhängig von der Position des Kolbens 44 die Kolbenstange 46 in abdichtendem Kontakt mit der ringförmigen benachbarten Kolbenstangendichtung 40 und mit der entgegengesetzt angeordneten ringförmigen Kolbenstangendichtung 42 steht. Die durch diese beiden Dichtungen bewirkte Abdichtung ist dicht gegenüber fluiden Medien. Der Raum zwischen der benachbarten Endplatte 38 und der am entgegengesetzten Ende befindlichen Platte 36 steht in gasleitender Verbindung mit den Rohren 52 und 50. Diese Rohre sind wiederum mit einem üblichen, im Handel erhältlichen 4-Wege-Ventil 54 (Ventil 54 ist in schematischer Form dargestellt) verbunden. Das Rohr 56 stellt eine Verbindung von einer Quelle für Druckgas, wie Stickstoff, zum Ventil 54 dar. Das Rohr 58 bezeichnet einen Auslaß für das Ventil 54 und damit auch für den pneumatischen Zylinder 32.
In der hohlen Kolbenstange 46 ist das Rohr 47 angeordnet. Dies geschieht mittels eines entfernbaren, gegenüber fluiden Medien dichten Verbindungsstücks 60 an den von dem Gefäß entfernten Enden sowohl des Rohres 47 als auch der hohlen Kolbenstange 46. Solche Verbindungsstücke sind im Handel erhältlich, beispielsweise stellt Conax Corporation, Buffalo, New York, verschiedene zusammengesetzte Verbindungsstücke her, die für die Zwecke dieser Erfindung verwendet werden können.
Das Rohr 47 schützt ein Thermoelement, nicht dargestellt, das sich innerhalb des Rohres 47 am Meßende 49 befindet. Keramische Materialien 73, dargestellt in Fig. 4, fixieren das Thermoelement und die elektrischen Leitungsdrähte 70 und 72 in ihren jeweiligen Positionen innerhalb des Rohres 47. Die Verwendung von Schutzrohren, wie Rohr 47, die in ihrem Inneren ein Thermoelement enthalten, ist üblich und im Stand der Technik wohlbekannt. Die Konstruktionsmaterialien für das Rohr 47 und die Auswahl der Materialien für das Thermoelement hängt von den Bedingungen ab, die innerhalb des Gefäßes herrschen. Es ist ein Merkmal dieser Erfindung, daß nicht das gesamte Rohr 47 aus kostspieligen Legierungen hergestellt sein muß, da nur das Meßende 49 des Rohres 47 in vollem Umfang den Bedingungen im Gefäß ausgesetzt ist. Daher kann das Rohr 47 bis zum Verbindungsstück 48 aus verhältnismäßig billigen Materialien, wie Edelstahl, bestehen. Das Verbindungsstück 48 verbindet das Meßende 49 mit dem Rest des Rohres 47. Da das Meßende 49 den Bedingungen im Gefäß ausgesetzt ist, muß es aus einer geeigneten Legierung bestehen, die gegenüber diesen Bedingungen beständig ist. Das Meßende 49 kann ein Metallrohr oder ein keramisches Rohr sein, je nach den herrschenden Bedingungen. Beispiele für Rohrmaterialien, die bei Temperaturen von etwa 2.000 F (1.100ºC) beständig sind, sind Nichrom und Nickel. Keramische Rohre können Temperaturen von etwa 3.000ºF (1.650ºC) aushalten und können aus Siliziumdioxid oder Siliziumkarbid bestehen. Die Konstruktionsmaterialien für das Thermoelement hängen von den Temperaturen ab, die vorkommen können. Beispielsweise eignen sich Thermoelemente, bei denen 90% Platin/10% Rhenium mit Platin gekoppelt sind sowie Thermoelemente, bei denen Chromel-P mit Alumel gekoppelt ist, zur Verwendung bei Temperaturen von 3.100º F (1.700ºC) bzw. 2.200ºF (1.200º C). Es ist gefunden worden, daß bei Verwendung der Vorrichtung 10 zur Messung der Temperaturen in einem Verfahren zur teilweisen Oxidation von kohlenstoffhaltigen Schlämmen das Meßende 49 vorteilhaft aus einer Legierung mit 53% Molybdän und 47% Rhenium hergestellt wird und daß das darin enthaltene Thermoelement eine Legierung ist, die 95% Wolfram und 5% Rhenium enthält und gekuppelt ist mit einer Legierung aus 74% Wolfram und 26% Rhenium.
Die Anbringung der Vorrichtung 10 an der Gefäßwand 12 führt dazu, daß ein Teil der fluiden Umgebung innerhalb des Gefäßes in die Vorrichtung 10 eindringt. Während des Betriebes befindet sich das Rohr 47 der Vorrichtung 10 normalerweise in der ersten Position, die in Fig. 1 dargestellt ist. Das fluide Medium innerhalb der Vorrichtung 10 ist in einer Kammer enthalten, die durch den Zylinder 20, den Absperrschieber 28 sowie den ringförmigen Raum definiert ist, der durch die innere Wand der hohlen Kolbenstange 46 und die äußere Wand des Rohres 47 begrenzt wird. (Das darin enthaltene fluide Medium wird als das fluide Kammermedium bezeichnet, um es von dem im Gefäß enthaltenen flüssigen Medium, dem fluiden Gefäßmedium, zu unterscheiden.) Ein Austausch zwischen dem fluiden Kammermedium und dem fluiden Gefäßmedium durch Konvektion wird minimiert, da die Kammer abgedichtet ist (man beachte die Abdichtungen, die durch die Flansche, die benachbarte Dichtung 40 und durch das Verbindungsstück 60 dargestellt werden) und so im wesentlichen kein Wärmeaustausch zwischen dem fluiden Kammermedium und dem fluiden Gefäßmedium stattfindet. In der ersten Position werden daher das Rohr 47, sein Meßende 49 und das darin enthaltene Thermoelement nicht den Temperaturbedingungen innerhalb des Gefäßes ausgesetzt. Wenn eine Temperaturmessung stattfinden soll, wird das Ventil 54 so eingestellt, daß Druckgas in das Rohr 50 eintritt und das Rohr 52 mit dem Abgasrohr 58 verbunden wird. Der Kolben 44 bewegt sich infolge der entstehenden Druckveränderung im Zylinder 34, wodurch das Meßende 49 aus der gerade definierten Kammer hinaus und in das Innere des Gefäßes bewegt wird, wie in Fig. 2 dargestellt. Das fluide Kammermedium erfährt keine wesentliche Konvektionsbewegung, da die Kammer noch abgedichtet ist. Nachdem das Thermoelement den für die gewünschte Temperaturmessung erforderlichen Strom abgegeben hat, wird das Ventil 54 so eingestellt, daß Gas durch das Rohr 52 strömt und das Rohr 50 mit dem Abgasrohr 58 verbunden wird. Der Kolben 44 kehrt in die in Fig. 1 dargestellte Position zurück, und das Meßende 49 kehrt in die Kammer und damit in die kühle Zone zurück, die der Zylinder 20 einschließt.
Die Funktionstüchtigkeit der Abdichtungen der Kammer kann leicht durch das Thermoelement überwacht werden, wenn es sich in der gekühlten Kammer befindet. Eine undichte Stelle in der Kammerabdichtung ermöglicht eine Konvektionsbewegung des fluiden Gefäßmediums in die Kammer, und folglich wird eine Temperaturerhöhung in der Kammer eintreten. Das Thermoelement stellt diese Temperaturerhöhung fest und liefert eine Temperaturmessung, um das Bedienungspersonal zu alarmieren, damit die Dichtung der Kammer wieder hergestellt wird.
Obwohl die Vorrichtung nach dieser Erfindung die Lebensdauer des Temperaturfühlers verlängert, verbrauchen doch die periodischen Temperaturmessungen schließlich die erwartete Lebenszeit des Temperaturfühlers. Wenn der Temperaturfühler nicht länger funktionsfähig ist, muß er ersetzt werden. Bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsformen kann der Austausch des Temperaturfühlers leicht vorgenommen werden, während die Reaktion im Gefäß fortgesetzt wird.
Wie in Fig. 3 dargestellt, wird zunächst das Ventil 54 so eingestellt, daß dem Rohr 52 Druckgas zugeführt wird. Diese Einstellung des Ventils 54 stellt eine Verbindung des Rohres 50 mit dem Abgasrohr 58 her. Der Kolben 44 bewegt sich dann in die völlig zurückgezogene Position. Das Verbindungsstück 60 wird gelöst, so daß eine axiale, rückwärts gerichtete Bewegung des Rohres 47 möglich wird, während die durch das Verbindungsstück 60 bewirkte Dichtung gegenüber fluiden Medien aufrechterhalten bleibt. Diese Rückwärtsbewegung bringt das Meßende 49 nach rückwärts und aus dem Absperrschieber 25 heraus. Der Absperrschieber 27 wird dann in die geschlossene Stellung abgesenkt. Der Teil der Vorrichtung 10, der vom Absperrschieber 27 entfernt ist, wird damit gegen den Druck innerhalb des Gefäßes abgedichtet. Das Abgasrohr 30 wird geöffnet, um etwaigen Druck im Bereich diesseits des Absperrschiebers 27 abzubauen. Das Verbindungsstück 60 wird dann vollständig gelöst, und die Fassung zwischen dem Rohr 47 und der hohlen Kolbenstange 46 wird zerbrochen, so daß das Rohr 47 herausgezogen und verworfen werden kann. Statt dessen wird ein neues Rohr eingesetzt, und das Verbindungsstück 60 wird angezogen, so daß es dicht gegen fluide Medien ist. Der Absperrschieber 27 wird dann nach oben bewegt, und das Rohr 47 wird dann bis zu der gewünschten Position innerhalb des Zylinders 20 nach vorn bewegt, und das Verbindungsstück 60 wird weiter angezogen, um das Rohr 47 und die Kolbenstange 46 fest zu verbinden.
Der Apparat ist jetzt in der Position der Fig. 2 und zur fortgesetzten Verwendung bereit. Es sollte bemerkt werden, daß das Verbindungsstück 60 für statische und für dynamische Abdichtung ausgelegt ist und bequeme Positionierung des Rohres 47 erlaubt.

Claims

1. Vorrichtung (10) für die periodische Messung der Temperatur einer fluiden Umgebung innerhalb eines Gefäßes (12)) gekennzeichnet durch

(a) eine Kammer (20, 28, 46), die abdichtbar mit dem Gefäß (12) verbunden werden kann> um einen fluiden Fluß zwischen der Umgebung der Kammer (20, 28, 46) und dem inneren des Gefäßes (12) zu verhindern, und die gegenüber dem Inneren des Gefäßes (12) ständig offen ist, wodurch die Kammer einen Anteil ("fluides Kammermedium") der fluiden Umgebung enthält und wobei die Kammer so orientiert ist> daß natürliche Konvektion zwischen der Kammer und dem Gefäß verhindert wird;

(b) einen Temperaturfühler (47-49), der zwischen einer ersten und einer zweiten Position beweglich ist> ohne die Kammer zu berühren, wobei in der ersten Position

(i) wenigstens ein Teil des Temperaturfühlers (47> 49) sich innerhalb der Kammer (20, 28, 46) befindet und

(ii) der Temperaturfühler (47-49) nicht in Kontakt mit der im Gefäß verbliebenen fluiden Umgebung ("fluides Gefäßmedium") ist> und

wobei in der zweiten Position

(iii) wenigstens ein Teil (49) des Temperaturfühlers (47-49) sich aus der Kammer erstreckt und in Kontakt mit dem fluiden Gefäßmedium ist, um dessen Temperatur zu messen; und

(c) Einrichtungen (40, 60) am geschlossenen Ende der Kammer, um einen wesentlichen fluiden Fluß in die Kammer zu verhindern, wenn sich der Temperaturfühler zwischen den beiden Positionen bewegt oder sich in den beiden Positionen befindet; und

(d) Einrichtungen (22) , um das fluide Kammermedium auf einer Temperatur zu halten, die niedriger ist als die Temperatur des fluiden Gefäßmediums.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung zusätzlich einen Antrieb (32) für die Bewegung des Temperaturmeßfühlers (47-49) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Antrieb eine doppelt wirkender pneumatischer Zylinder ist.

4. Vorrichtung nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kammer (20, 28, 46) zumindest teilweise durch eine zylindrische Wand definiert ist.

5. Vorrichtung nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtungen nach Teil (d) ein Kühlmantel (22) ist, durch den ein fluides Kühlmedium fließt (24, 26) und der zumindest einen Teil (20) der Kammer (20, 28, 46) umschließt.

6. Vorrichtung nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Temperaturfühler ein Thermoelement innerhalb eines langgestreckten hohlen Rohres (47) umfaßt, das in der Nähe des Meßendes (49) des langgestreckten hohlen Rohres (47) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Antrieb für die Bewegung des Temperaturfühlers (47-49) ein doppelt wirkender pneumatischer Zylinder ist, in dem die Kolbenstange ein hohles Rohr (46) ist, und wobei das langgestreckte Rohr (47) mit dem hohlen Rohr (46) fest verbunden ist und einen vorderen Teil innerhalb des hohlen Rohres (46) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Verbindung des langgestreckten Rohres (47) sich am vorderen Ende des hohlen Rohres (46) befindet und die innere Oberfläche des hohlen Rohres (46) und ein Teil der äußeren Oberfläche des langgestreckten Rohres (47) einen Teil der Kammer (20, 28, 46) bilden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Einrichtungen nach Teil (c) zusätzlich die Verbindung des langgestreckten Rohres (47) bewirken und eine Dichtung (60) zur Verhinderung der wesentlichen Konvektionsbewegung einschließen.

10. Verfahren zur periodischen Messung der Temperatur einer fluiden Umgebung in einem Gefäß (12), bei dem man

(a) eine Kammer (20, 28, 46) vorsieht, die abdichtbar mit dem Gefäß (12) verbunden ist, um einen fluiden Fluß zwischen der Umgebung der Kammer (20, 28, 46) und dem Gefäß (12) zu verhindern, und die gegenüber dem inneren des Gefäßes (12) ständig offen ist, so daß die Kammer (20, 28, 46) einen Anteil ("fluides Kammermedium") der fluiden Umgebung enthält;

(b) in der Kammer wenigstens einen Teil eines Temperaturfühlers (47-49) anordnet, der die Kammer (20, 28, 46) nicht berührt;

aus der Kammer (20, 28, 46) wenigstens einen Teil (49) des Temperaturfühlers (47-49) bis zu einem Punkt innerhalb der im Gefäß verbliebenen fluiden Umgebung ("fluides Gefäßmedium") bewegt, um die erforderlichen Bedingungen für eine Temperaturmessung zu schaffen; wobei ein wesentlicher fluider Fluß bei der Bewegung des Temperaturfühlers und an dessen erster und zweiter Position durch Dichtungen am geschlossenen Ende der Kammer verhindert wird;

(d) die Temperaturmessung vornimmt; und

(e) nach der Temperaturmessung den Teil (49) des Temperaturfühlers, der bis zu dem in (c) erwähnten Punkt bewegt worden war, in die Kammer (20, 28, 46) zurückbewegt,

wobei die Kammer so orientiert ist, daß die natürliche Konvektion zwischen dem fluiden Kammermedium und dem fluiden Gefäßmedium Umgebung verhindert wird, das fluide Kammermedium sowie das fluide Gefäßmedium in der Zeit, in der der Temperaturfühler (47-49) sich zwischen den in (c) und (e) genannten Punkten bewegt oder sich an diesen Punkten befindet, im wesentlichen frei von Konvektionsbewegungen in bezug auf einander gehalten werden und der Temperaturfühler zwischen den Temperaturmessungen an dem in (e) genannten Punkt gehalten wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Temperatur in der Kammer (20, 28, 46) im Bereich von 20ºC (70&sup0;F) bis 90ºC (200&sup0;F) gehalten wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die erforderlichen Bedingungen für eine Temperaturmessung dann gegeben sind, wenn der Teil (49) des Temperaturfühlers (47-49) im wesentlichen im thermischen Gleichgewicht mit dem Gefäßanteil der fluiden Umgebung steht.