DE4004989C2

DE4004989C2 - Bubble separator, especially for a liquid spectral analyzer

Info

Publication number: DE4004989C2
Application number: DE19904004989
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Phys Dipl Ing Krause; Thomas Dipl Ing Blumoehr
Original assignee: Fisher Rosemount Gmbh and Co
Current assignee: Emerson Process Management GmbH and Co oHG
Priority date: 1990-02-19
Filing date: 1990-02-19
Publication date: 1998-12-03
Anticipated expiration: 2010-02-20
Also published as: DE4004989A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Blasenabscheider zur Abtren nung von Gasblasen aus einer strömenden Flüssigkeit, insbe sondere für einen Flüssigkeitsspektralanalysator, mit einem Abscheideraum, in den seitlich ein Einlaßkanal für die mit Gas durchsetzte Flüssigkeit mündet und der an seinem unte ren Ende einen Flüssigkeitsauslaß für die von Gasblasen befreite Flüssigkeit und an seinem oberen Ende einen Gasauslaß für das abgeschiedene Gas aufweist.The invention relates to a bubble separator for separation of gas bubbles from a flowing liquid, esp especially for a liquid spectral analyzer, with a Separation room, in the side with an inlet channel for the Gas permeated liquid flows out and the one at its bottom ren end a liquid outlet for the gas bubbles freed liquid and one at its upper end Has gas outlet for the separated gas.

Zur Messung von Gasen im ppm/ppb-Bereich werden unter anderem Verfahren eingesetzt, bei denen die Änderung der Lichtabsorptionen von Flüssigkeiten nach dem Kontakt mit dem zu messenden Gas als Maß für dessen Konzentration verwendet wird. Um eine spezifische Änderung der Absorption oder Transmission zu erreichen, wird die entsprechende Flüssig keit zunächst mit dem Gas versetzt. Anschließend wird das Absorptions- oder Transmissionsverhalten der Flüssigkeit fotometrisch gemessen. Hierzu ist es erforderlich, das Gas möglichst vollständig aus der Flüssigkeit abzuscheiden, da in der Flüssigkeit noch verbleibende Gasblasen die fotome trische Messung stören. Hierzu ist es bekannt, die Flüssig keit zunächst durch einen Blasenabscheider der eingangs genannten Art zu leiten, bevor sie in die Analysenküvette eintritt.To measure gases in the ppm / ppb range, see other procedures where changing the Absorption of light by liquids after contact with the Gas to be measured used as a measure of its concentration becomes. To make a specific change in absorption or To achieve transmission becomes the corresponding liquid first mixed with the gas. Then that will Absorption or transmission behavior of the liquid measured photometrically. This requires the gas to separate as completely as possible from the liquid, because remaining gas bubbles in the liquid the photome disturb the measurement. For this purpose it is known to be the liquid first through a bubble separator at the beginning type before leading into the analysis cuvette entry.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Blasenabscheider zu schaffen, der sich durch eine hohe Wirksamkeit auszeichnet und zu einer niedrigen Ansprechzeit bei der Durchführung von Spektralanalysen beiträgt.The invention has for its object such To create bubble separator that stands out through a high Efficiency excels and has a low response time contributes to the performance of spectral analyzes.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Einlaßkanal für die mit Gas durchsetzte Flüssigkeit im wesentlichen tangential in einen Abschnitt des Abscheide raums mündet, wobei die Wand des Abschnitts die Form einer Rotationsfläche hat.According to the invention this object is achieved in that the Inlet channel for the gas permeated liquid in the essentially tangential to a section of the separator opens out, the wall of the section being in the form of a Rotation surface.

Durch den tangentialen Einlauf wird bei dem erfindungsge mäßen Blasenabscheider das Flüssigkeits-Gasgemisch im obe ren Teil des Abscheideraumes in Rotation versetzt und durch die Scherung an der Wand wird ein Teil der Gasblasen aufgerissen, so daß das darin enthaltene Gas nach oben ent weicht.Due to the tangential inlet in the Invention bubble separator the liquid-gas mixture in the top rotated part of the separating space and due to the shear on the wall, some of the gas bubbles become torn open so that the gas contained therein ent gives way.

Als besonders günstig hat sich erwiesen, wenn die Wand des Abscheideraums an der Mündung des Einlaßkanals zylindrisch ist und sich unterhalb der Mündung an den zylindrischen Abschnitt ein sich nach unten verengender konischer Abschnitt anschließt.It has proven to be particularly favorable if the wall of the Separation chamber at the mouth of the inlet channel is cylindrical is and below the mouth on the cylindrical Section a conical narrowing downwards Section joins.

Die Blasenabscheidung kann weiterhin dadurch unterstützt werden, daß die Oberfläche der Wand des Abscheideraums, insbesondere des konischen Abschnitts ganz oder teilweise mit einer Struktur versehen ist, die eine erhöhte Scherwir kung in der Flüssigkeit hervorruft. In einer Ausführungs form der Erfindung kann die Struktur in der Oberfläche der Wand durch eine große Rauhtiefe erreicht werden. Eine andere besonders wirksame Struktur der Oberfläche wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Wand quer zur Richtung des Drehimpulses der Flüssigkeit gewellt ist. Durch die wellige Form der Oberfläche wird zusätzlich eine Verwirbelung hervorgerufen, wodurch die Energie des Drehim pulses aufgezehrt und die Flüssigkeit beruhigt wird. Im Bereich des konischen Abschnitts der Wand kann erfin dungsgemäß die Wellenform durch sich in Achsrichtung ver jüngende, gewölbte Rippen gebildet sein.The bubble separation can still be supported that the surface of the wall of the separation chamber, in particular the whole or part of the conical section is provided with a structure that increases Scherwir effect in the liquid. In an execution form of the invention, the structure in the surface of the Wall can be reached through a large surface roughness. A other particularly effective structure of the surface achieved in that the wall transversely to Direction of the angular momentum of the liquid is curled. Due to the wavy shape of the surface, an additional Swirling, causing the energy of the rotation pulses are consumed and the liquid is calmed. in the Area of the conical section of the wall can be invented according to the waveform by itself in the axial direction young, arched ribs are formed.

Erfindungsgemäß kann weiterhin vorgesehen sein, daß der untere Teil des Abscheideraums einen Strömungsberuhigungs raum bildet, der zur Vertikalen geneigt ausgerichtet ist. In diesem Strömungsberuhigungsraum wird die Flüssigkeit beruhigt, so daß noch vorhandene Gasblasen aufsteigen und in den oberen Bereich des Abscheideraums gelangen können. Die Neigung des Strömungsberuhigungsraums zur Vertikalen liegt vorzugsweise in einer Größenordnung von 30°. Diese Neigung hat sich als ein günstiger Kompromiß zwischen den gegensätzlichen Erfordernissen erwiesen, das Flüssigkeits volumen im Blasenabscheider klein zu halten und eine wirk same Abscheidung zu erzielen. Vorteilhaft ist weiterhin, wenn der Strömungsberuhigungsraum einen von der Kreisform abweichenden, insbesondere ovalen oder länglichen Quer schnitt hat, wobei sein größter Durchmesser in einer verti kalen Ebene verläuft. Durch eine solche Querschnittsform wird die Strömungsberuhigung begünstigt und es wird ein Raum für die Ausbildung einer Gegenströmung geschaffen, in der die Gasblasen aufsteigen können.According to the invention it can further be provided that the lower part of the separating room a flow calming forms space that is inclined to the vertical. The liquid is in this flow calming room soothes, so that still existing gas bubbles rise and can get into the upper area of the separation chamber. The inclination of the flow calming space to the vertical is preferably in the order of 30 °. This Tilt has proven to be a favorable compromise between the conflicting needs proved the liquid to keep the volume in the bubble separator small and effective to achieve the same deposition. It is also advantageous if the flow calming space is of circular shape deviating, in particular oval or elongated cross cut, its largest diameter in a verti kalen plane runs. Through such a cross-sectional shape the flow calming is favored and it becomes a Space created for the formation of a counter current, in that the gas bubbles can rise.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, daß der Flüssigkeitsstand im Abscheideraum mit Hilfe eines geringfügig unter dem Niveau des Einlaßkanals liegenden Überlaufs stabilisiert wird, um auch bei unterschiedlichen Zulaufmengen eine vollständige Abscheidung der Gasblasen zu gewährleisten. According to a further proposal of the invention, that the liquid level in the separation room using a slightly below the level of the inlet duct Overflow is stabilized to even at different Intake quantities complete separation of the gas bubbles guarantee.

Der erfindungsgemäße Blasenabscheider kann vorteilhaft aus einem quaderförmigen, vorzugsweise aus Glas hergestellten Block bestehen, der mit einer seitlichen Kontaktfläche an eine Analysenküvette anschließbar ist, wobei die Analysen flüssigkeit vom Flüssigkeitsauslaß über die Analysenküvette zu einem Ausgangsraum im Block zurückgeführt wird, der einen Überlaufkanal aufweist. Diese Ausgestaltung des Bla senabscheiders eignet sich vornehmlich für die Durchführung indirekter optischer Gasanalysen mit Flüssigkeiten zur Mes sung von spezifischen Gaskonzentrationen. Der Gasauslaß kann bei dieser Ausführungsform über einen Kanal an den Ausgangsraum angeschlossen sein. Hierbei wird das abge schiedene Gas zusammen mit der zurückgeführten Flüssigkeit durch den Überlaufkanal abgeführt.The bubble separator according to the invention can advantageously be made of a cuboid, preferably made of glass Block exist with a side contact surface an analysis cuvette can be connected, the analyzes liquid from the liquid outlet via the analysis cuvette is returned to an exit space in the block which has an overflow channel. This configuration of the Bla senabscheiders is primarily suitable for implementation indirect optical gas analysis with liquids for measurement solution of specific gas concentrations. The gas outlet can in this embodiment via a channel to the Exit room must be connected. Here is the abge separated gas together with the returned liquid discharged through the overflow channel.

Der erfindungsgemäße Blasenabscheider kann durch entspre chende Dimensionierung der Größenverhältnisse von Abschei deraum und Kanälen an verschiedene Gas-Flüssigkeitsgemische angepaßt werden. Für die Herstellung des Blasenabscheiders können unterschiedliche Glasarten verwendet werden, so daß für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen eine hohe Resi stenz und Lebensdauer gewährleistet ist.The bubble separator according to the invention can correspond by appropriate dimensioning of the size ratio of Abschei the room and channels to different gas-liquid mixtures be adjusted. For the production of the bubble separator different types of glass can be used, so that a high resistance for a variety of applications strength and durability is guaranteed.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungs beispiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigenThe invention is described below using an embodiment example explained in more detail that shown in the drawing is. Show it

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Blasenabscheider mit einer daran angeschlossenen Analysenküvette, Fig. 1 shows a cross section through a bubble trap connected thereto with a sample cuvette,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Schnitts A-B durch den Abscheideraum des Blasenabscheiders gemäß Fig. 1 und Fig. 2 is an enlarged view of a section AB through the separation space of the bubble separator according to Fig. 1 and

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Blasenabscheider gemäß Fig. 1. Fig. 3 is a plan view of the bubble trap of FIG. 1.

Der dargestellte Blasenabscheider besteht aus einem quaderförmigen Block 1, der aus Tafelglas hergestellt ist. In dem Block 1 wurde von seiner Oberseite aus eine etwa in einem Winkel von 30° zur Vertikalen geneigte Bohrung herge stellt, die aus mehreren Abschnitten unterschiedlicher Größe und Formgestalt besteht und einen Abscheideraum 2 bildet. Der obere zylindrische Abschnitt 3 der Bohrung bil det den oberen Teil des Abscheideraums mit einem nach oben offenen Gasauslaß 4. In den zylindrischen Abschnitt 3 mün det tangential ein Einlaßkanal 5, der mit einem Anschluß stutzen 16 an eine nicht dargestellte Schlauchleitung anschließbar ist. Unterhalb des Einlaßkanals 5 schließt sich an den zylindrischen Abschnitt 3 ein sich nach unten verengender, konischer Abschnitt 6 an, dessen Wandfläche gewellt ausgebildet ist. Die Wellen sind durch leicht gewölbte Rippen 7, die sich in Achsrichtung nach unten ent sprechend der Konusform verjüngen. Der konische Abschnitt 6 geht in einen ovalzylindrischen Abschnitt 8 über, dessen ovaler Querschnitt so angeordnet ist, daß sein größter Durchmesser in einer vertikalen Ebene liegt. Von dem ovalzylindrischen Abschnitt 8 führt ein kurzer zylindri scher Bohrungsabschnitt 9 von geringerem Querschnitt zu einer horizontalen, von einer seitlichen Kontaktfläche 10 ausgehenden Bohrung, die einen Flüssigkeitsauslaß 11 bil det.The bubble separator shown consists of a cuboid block 1 , which is made of sheet glass. In the block 1 was from her top from an approximately at an angle of 30 ° to the vertical inclined bore Herge, which consists of several sections of different sizes and shapes and forms a separation chamber 2 . The upper cylindrical portion 3 of the bore bil det the upper part of the separation chamber with an upwardly open gas outlet 4th In the cylindrical section 3 mün det tangentially an inlet channel 5 , the nozzle 16 with a connection to a hose line, not shown, can be connected. Below the inlet duct 5 , the cylindrical section 3 is adjoined by a conical section 6 which narrows downwards and the wall surface of which is corrugated. The waves are by slightly curved ribs 7 which taper in the axial direction downwards accordingly to the cone shape. The conical section 6 merges into an oval-cylindrical section 8 , the oval cross section of which is arranged such that its largest diameter lies in a vertical plane. From the oval-cylindrical section 8 leads a short cylindri shear section 9 of smaller cross-section to a horizontal, starting from a side contact surface 10 bore which det a liquid outlet 11 bil.

Der Gasauslaß 4 steht über einen Kanal 12 mit einer zylin drischen, einen Ausgangsraum 13 bildenden Bohrung in Ver bindung. Im unteren Ende des Ausgangsraums 13 führt eine Querbohrung 14 zur Kontaktfläche 10. Weiterhin mündet in den Ausgangsraum 13 ein Überlaufkanal 15, der über einen Anschlußstutzen 19 an eine nicht dargestellte Schlauchlei tung anschließbar ist. Der Überlaufkanal 15 befindet sich unterhalb des Niveaus des Einlaßkanals 5 etwa auf gleicher Höhe mit dem konischen Abschnitt 6, so daß der Flüssig keitsstand im Abscheideraum 2 nicht unter den konischen Abschnitt 6 absinken kann. Die oberen Enden des Abscheide raums 2 und des Ausgangsraums 13 und der diese verbindende Kanal 12 werden nach ihrer Herstellung durch einen auf den Block 1 aufgeglasten Deckel 20 verschlossen.The gas outlet 4 is connected via a channel 12 with a cylin drical, an output space 13 bore in United connection. In the lower end of the exit space 13 , a transverse bore 14 leads to the contact surface 10 . Furthermore, an overflow channel 15 opens into the outlet space 13 , which can be connected via a connecting piece 19 to a hose line (not shown). The overflow channel 15 is located below the level of the inlet channel 5 at about the same level with the conical section 6 , so that the liquid level in the separating chamber 2 cannot drop below the conical section 6 . The upper ends of the separating chamber 2 and the outlet chamber 13 and the channel 12 connecting them are closed after their manufacture by a lid 20 which is blown onto the block 1 .

An der Kontaktfläche 10 liegt eine Analysenküvette 17 an, deren Meßkammer unten an den Flüssigkeitsauslaß 11 und oben über die Querbohrung 14 an den Ausgangsraum 13 angeschlos sen ist.At the contact surface 10 is an analysis cuvette 17 , the measuring chamber at the bottom of the liquid outlet 11 and above via the transverse bore 14 to the output space 13 is ruled out.

Bei der Durchführung von Analysen wird durch den Einlaßka nal 5 in den zylindrischen Abschnitt des Abscheideraums 2 eine konstant mit Gas durchsetzte Flüssigkeitsmenge einge leitet, die durch die tangentiale Anordnung des Einlaßka nals 5 in Rotation versetzt wird, wobei durch die Scherung an der Wand vor allem im oberen Teil des konischen Abschnitts 6 vorhandene Gasblasen aufgerissen werden, so daß das freigesetzte Gas in den oberen zum Gasauslaß 4 füh renden Raum aufsteigen kann. Gleichzeitig wird durch die wellige Form des konischen Abschnitts 6 eine Verwirbelung bewirkt, durch die der Drehimpuls der Flüssigkeit abgebaut wird, so daß die schon von einem wesentlichen Teil des Gases befreite Flüssigkeit bereits erheblich beruhigt in den als Strömungsberuhigungsraum dienenden ovalzylindri schen Abschnitt 8 eintritt. Die ovalzylindrische Quer schnittsform trägt zum Abbau eines noch vorhandenen Drehim pulses bei und ermöglicht ein Aufsteigen noch vorhandener Gasblasen zum oberen Teil des Abscheideraumes 2. Das Aufsteigen der Gasblasen wird dabei vor allem durch die Neigung des Strömungsberuhigungsraums und seine ovalzylin drische Form bewirkt. Beim Verlassen des Strömungsberuhi gungsraumes ist die Flüssigkeit in der Regel blasenfrei. Durch den geneigten Bohrungsabschnitt 9 ist auch hier even tuell noch vorhandenen Gasblasen die Möglichkeit zum Auf steigen gegeben, so daß die Flüssigkeit den Flüssigkeits auslaß 11 blasenfrei erreicht. Die Flüssigkeit durchströmt anschließend die Meßkammer 18 der Analysenküvette 17, wobei ihr Absorptionsverhalten fotometrisch gemessen wird. Aus der Analysenküvette gelangt die Flüssigkeit über die Quer bohrung 14 in den Ausgangsraum 13, von wo sie über den Überlaufkanal 15 abfließen kann. Das in dem Abscheideraum 2 abgeschiedene Gas gelangt über den Gasauslaß 4 und den Kanal 12 ebenfalls in den Ausgangsraum 13 und verläßt die sen auch über den Überlaufkanal 15.When carrying out analyzes through the inlet duct 5 into the cylindrical section of the separating chamber 2, a constant amount of gas is introduced, which is set into rotation by the tangential arrangement of the inlet duct 5 , with the shear on the wall especially existing gas bubbles are torn open in the upper part of the conical section 6 , so that the released gas can rise into the upper space leading to the gas outlet 4 . At the same time, a swirl is caused by the wavy shape of the conical section 6 , by which the angular momentum of the liquid is broken down, so that the liquid which has already been freed from a substantial part of the gas is already considerably calmed and enters the oval-cylindrical section 8 serving as a flow calming space. The oval-cylindrical cross-sectional shape contributes to the reduction of a still existing rotary pulse and enables rising gas bubbles to rise to the upper part of the separation space 2 . The rise of the gas bubbles is mainly caused by the inclination of the flow settling chamber and its oval cylindrical shape. When leaving the flow calming space, the liquid is usually free of bubbles. Through the inclined bore section 9 even possibly existing gas bubbles are given the opportunity to rise, so that the liquid reaches the liquid outlet 11 without bubbles. The liquid then flows through the measuring chamber 18 of the analysis cuvette 17 , its absorption behavior being measured photometrically. From the analysis cuvette, the liquid passes through the transverse bore 14 into the exit space 13 , from where it can flow off via the overflow channel 15 . The gas separated in the separating chamber 2 also passes through the gas outlet 4 and the channel 12 into the outlet chamber 13 and also leaves the sensor via the overflow channel 15 .

Claims

1. Bubble separator for the separation of gas bubbles from a flowing liquid, in particular for a liquid speed spectral analyzer, with a separating space into which an inlet channel opens laterally for the gas through which liquid has passed and at its lower end a liquid outlet for the liquid freed from gas bubbles and on its upper end has a gas outlet for the separated gas, characterized in that the inlet channel ( 5 ) opens substantially tangentially into a section ( 3 ) of the separating space ( 2 ), the wall of which has the shape of a surface of revolution.

2. Bubble separator according to claim 1, characterized in that the wall of the separating space ( 2 ) at the mouth of the inlet channel ( 5 ) is cylindrical and that below the mouth to the cylindrical section ( 3 ) a conical section narrowing downwards ( 6 ) connects.

3. Bubble separator according to one of claims 1 or 2, characterized in that the surface of the wall of the separating space ( 2 ) is provided in whole or in part with a structure which causes an increased shear effect in the liquid.

4. Bubble separator according to claim 3, characterized ge indicates that the surface of the wall is large Has roughness.

5. Bubble separator according to claim 3, characterized ge indicates that the surface of the wall is transverse to Direction of the angular momentum of the liquid is curled.

6. Bubble separator according to claim 5, characterized in that the wall of the conical section ( 6 ) has tapering in the axial direction, curved ribs ( 7 ).

7. bubble separator according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that the lower part of the separating space ( 2 ) forms a flow calming space ( 8 ) which is oriented inclined to the vertical.

8. Bubble separator according to claim 7, characterized in that the flow calming space ( 8 ) has a deviating from the circular shape, in particular ova len or elongated cross section, the largest diameter of the cross section being in a vertical plane.

9. Bubble separator according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that the inclination of the Strö mungsberuhigungsraums ( 8 ) or additionally that of the other sections of the separating chamber ( 2 ) for Vertika len is substantially 30 °.

10. Bubble separator according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid level in the separating space is stabilized with the aid of an overflow ( 15 ) lying slightly below the level of the inlet channel ( 5 ).

11. Bubble separator according to one of the preceding Ansprü surface, characterized by a cuboid, preferably made of glass block ( 1 ) which can be connected directly to an analysis cuvette ( 17 ) with a lateral contact surface ( 10 ), the analyte liquid from the liquid outlet ( 11 ) is returned via the analysis cuvette ( 17 ) to an exit space ( 13 ) in the block, which has an overflow channel ( 15 ).

12. Bubble separator according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that the gas outlet ( 4 ) via a channel ( 12 ) is connected to the output space ( 13 ).