DE4034446A1

DE4034446A1 - Gasanalysengeraet mit diffusionsfilter

Info

Publication number: DE4034446A1
Application number: DE4034446A
Authority: DE
Inventors: Stephen E Long; Albert A Poli
Original assignee: Mine Safety Appliances Co
Current assignee: MSA Safety Inc
Priority date: 1989-11-02
Filing date: 1990-10-30
Publication date: 1991-05-08
Also published as: GB9021812D0; GB2237518A; IT9021721A1; IT1243738B; US5054328A; IT9021721A0; GB2237518B

Description

Die Erfindung betrifft Gasanalysengeräte und insbesondere Ana lysengeräte mit Filtern zur Trennung von Flüssigkeiten und par tikelförmigen Feststoffen von dem zu analysierenden Gas.

Die meisten Gassensoren und Analysengeräte, z. B. elektrochemi sche Geräte, katalytische Verbrennungsgeräte, Halbleitersenso ren, Infrarot-, UV-, Flammenionisationsgeräte, Gaschromatogra phen und Massenspektrophotometer, werden ungünstig durch Wasser und partikelförmige Feststoffe beeinflußt. Es ist üblich, sol chermaßen verschmutzte Gasströme durch wassergefüllte Fallen oder Filter zu leiten, üblicherweise aus Papier oder Glasfrit ten oder Metallfilter, um einen reinen Gasstrom für das Analy sengerät zu erzeugen. Viele Gasströme enthalten kondensierbare Flüssigkeiten, die zusammen mit dem ebenfalls enthaltenen par tikelförmigen Material eine Art festen oder zähen Schlammes bilden, welcher die Filter verstopft. Beispiele für besonders schwierige Probenströme sind Schachtanalysen zur Verbrennungs gaskontrolle und die Analyse von Verbrennungsabgasen, insbeson dere aus Müllverbrennungsanlagen. In diesen Fällen kommen so wohl kondensierbare als auch partikelförmige Beimischungen vor, und häufig sind auch korrosive Gase, wie z. B. SO₃ und HCl, enthalten.

Herkömmliche Filtermethoden werden durch die mitgeführten Ver unreinigungen beeinträchtigt oder durch das Verstopfen der Fil termaterialien. Sogar Filter, die mit Permeationstrocknern, Inertfiltermedien oder Wasserwaschstufen und anderen Methoden arbeiten, haben erfahrungsgemäß eine häufige Wartung benötigt und bringen bestenfalls untergeordnete Erfolge.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein verbes sertes Gasanalysengerät vorzuschlagen, bei dem die genannten Probleme vermieden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An spruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein fließender Strom eines verschmutzten Probengases von einem geschlossenen Kreislauf eines reinen Gas stromes, welcher durch das Analysengerät strömt, durch eine für Gase permeable Diffusionsmembran getrennt. Die verschmutzten und die reinen Ströme werden vorzugsweise in entgegengesetzten Strömungsrichtungen entlang der Diffusionsmembran geführt. Die Membran läßt keine Flüssigkeiten oder partikelförmigen Fest stoffe hindurch, erlaubt jedoch eine schnelle Diffusion von Ga sen, so daß die Gaszusammensetzung in dem geschlossenen Kreis lauf schnell im Gleichgewicht mit dem Probengas steht.

Die Membran ist vorzugsweise aus einem synthetischen, gasdurch lässigen Material, das nicht leicht benetzbar ist, um ein Ver stopfen zu minimieren. Bevorzugte Membranen sind aus "Zitex"- oder "Goretex"-Material, einem porösen Fluorkohlenwas serstoffmaterial hergestellt. Andere Membranmaterialien können verwendet werden, vorausgesetzt sie weisen Eigenschaften vergleichbar zu den unter den Warenzeichen "Zitex" und "Goretex" erhältlichen Materialien auf, einschließlich der schlechten Benetzbarkeit durch Wasser und andere Flüssigkeiten, die in den Probengasen enthalten sind, sowie eine große Zahl von Poren (z. B. 50%ige Porosität), mit kleiner Porengröße. Das Material muß dünn genug sein, um eine ausreichend große Gasdif fusionsgeschwindigkeit zuzulassen, damit sich im wesentlichen ein Gleichgewicht zwischen dem Probengas und dem im geschlosse nen Kreislauf geführten Gasstrom einstellt.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen im einzel nen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gasanalysengerä tes mit einem erfindungsgemäßen Diffusionsfilter;

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Diffusionsfilter gemäß Fig. 1; und

Fig. 3 eine Schnittansicht längs Linie III-III in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnetes Diffu sionsfilter mit einem Gehäuse 4, welches eine Kammer aufweist, die durch eine Membran 6 in einen ersten langgestreckten Raum 8 und einen zweiten langgestreckten Raum 10 geteilt ist. Der er ste Raum 8 umfaßt einen Probengaseinlaß 12 und einen Probengas auslaß 14, die jeweils so angeordnet sind, daß das Probengas in Längsrichtung durch die Kammer fließt. Der Raum 10 hat in ähn licher Weise einen Einlaß 16 und einen Auslaß 18, die mit einem geschlossenen Kreislauf mit dem Einlaß 20 und dem Auslaß 22 ei nes Analysengerätes 24 verbunden sind. Eine Pumpe 25 oder eine Pumpe, die in das Analysengerät integriert ist, pumpt das Gas in dem geschlossenen Kreislauf um.

Im Betrieb werden die flüssigen Materialien und/oder die partikelförmigen Feststoffe in dem Probengasstrom durch die Membran vom Übertritt aus dem Raum 8 in den Raum 10 gehindert und werden über den Gasstrom durch den Auslaß 14 ausgetragen. Die Gase in den Räumen 8 und 10 sind jedoch ungehindert in der Diffusion durch die Membran, so daß die Zusammensetzung des Gases in dem geschlossenen Kreislauf im Gleichgewicht mit der Gasphase des Probengasstromes ist und im wesentlichen dieselbe Zusammensetzung aufweist. Der Bereich und die Dicke der Membran werden so ausgewählt, daß eine Diffusionsgeschwindigkeit er zielt wird, die ausreichend ist, um eine gewünschte Antwortzeit für die Erreichung des Gleichgewichts sicherzustellen.

Als Beispiel für eine konkrete Ausführungsform der Erfindung sei ein Analysengerät für nasse Probengasströme erläutert, bei dem CO₂ in Luft vorliegt. Als Filtermembran dient eine "Goretex"-Folie mit der Material-Nr. S10755 (expandiertes PTFE, Dicke 0,010′′ (ca. 0,25 mm); Dichte 0,7 g/ccm; Porosität 68%) mit einer Oberfläche von 4,5 Quadratzoll (ca. 11,5 cm²), die dem Proben- und dem Analysengasstrom ausgesetzt sind. Durch die Anordnung des Diffusionsfilters zwischen dem elektrochemischen CO₂- Analysengerät und dem Probengasstrom erhöht sich die Ansprechzeit um weniger als 5%.

Die Fig. 2 und 3 zeigen bevorzugte Ausführungsformen des Diffusionsfilters in größeren Einzelheiten.

Gehäuseblöcke 26 und 28 weisen passende serpentinenförmige, halbkreisförmige Nuten 30 und 32 auf. Eine Diffusionsmembran 34 ist zwischen den Gehäuseblocks durch Gewindebolzen 36 und Muttern 38 befestigt. Die Nuten 30 und 32 bilden zwei Räume, die durch die Membran 34 getrennt sind. Die eingangs- und ausgangsseitigen Verbindungen zu jedem Raum werden mittels der Bohrungen 40, 42, 44 und 46 gebildet. Dieser Aufbau schafft zum einen einen langen Strömungsweg mit einer gleichzeitig guten mechanischen Abstützung der Membran.

Claims

1. Gasanalysengerät

- mit einem eine Kammer bildenden Gehäuse (4), wobei eine gasdurchlässige Membran (6) die Kammer in einen ersten und einen zweiten Raum (8; 10) teilt, wobei jeder Raum (8; 10) einen Einlaß (12; 16) und einen Auslaß (14; 18) umfaßt,
- mit einer Vorrichtung zum Einleiten eines Probengas stromes in den Einlaß (12) des ersten Raums (8),
- mit einer Gasanalysenvorrichtung (24) mit einem Ein laß (20) und einem Auslaß (22),
- mit einer Fluidverbindung vom Einlaß (20) der Analy senvorrichtung (24) zum Auslaß (18) des zweiten Rau mes (10),
- mit einer Fluidverbindung vom Auslaß (22) der Analy senvorrichtung (24) zum Einlaß (16) des zweiten Raums (10),
- und mit einer Vorrichtung für die Kreisführung des zu messenden Gases durch die Analysenvorrichtung (24) und den zweiten Raum (10).

2. Gasanalysengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Membran (6) aus Polytetrafluoroethylen her gestellt ist.

3. Gasanalysengerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste und der zweite Raum (8; 10) ver tikal angeordnete langgestreckte Räume sind, wobei der Einlaß (12) des ersten Raumes (8) nahe des oberen Endes des ersten Raumes und der Auslaß (14) des ersten Raumes (8) nahe dem Bodenbereich des ersten Raumes (8) angeord net ist, und daß der Einlaß (16) des zweiten Raumes (10) nahe dem unteren Ende und der Auslaß (18) nahe dem obe ren Ende des zweiten Raumes (10) angeordnet ist.

4. Gasanalysengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß der erste Raum einen zweiten, normalerweise geschlossenen Auslaß zum Ablassen von Flüssigkeit aus dem ersten Raum (8) umfaßt.

5. Vorrichtung zur Entfernung von flüssigen und partikel förmigen Bestandteilen aus einer zu analysierenden Gas probe mit einem Gehäuse (4), welches eine langgestreckte Kammer bildet, einer gaspermeablen Membran (6), welche die Kammer in einen ersten und einen zweiten langge streckten Raum (8; 10) teilt, wobei jeder Raum (8; 10) einen Einlaß und einen Auslaß (12, 16; 14, 18) aufweist, die so angeordnet sind, daß sie einen Gegenstromgasfluß längs durch jeden der langgestreckten Räume schaffen.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (6) aus Polytetrafluoroethylen her gestellt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß der erste Raum (8) einen zweiten, normalerweise geschlossenen Auslaß umfaßt, der so ausgebildet ist, daß Flüssigkeit aus dem ersten Raum (8) austragbar ist.

8. Verfahren zum Entfernen von flüssigen und partikelförmi gen Bestandteilen aus einer analytischen Gasprobe, bei dem Probengas durch eine Kammer mit einer gaspermeablen Membran (6) geführt wird, bei dem ein Gas in einem ge schlossenen Kreislauf durch eine Analysenvorrichtung und eine zweite Kammer (10) geführt wird, welche eine ge meinsame gaspermeable Wand mit der ersten Kammer auf weist.