用于带有危险的环境的气体反应器的现场气体测量系统的制作方法

本发明涉及现场气体测量系统（in-situ-gasmesssystem），包括气体测量装置，气体测量装置带有红外光子源(ir光子源)和红外光子探测器(ir光子探测器)。

背景技术：

在气体反应器中或可能存在危险的（kritische）气体浓度的密闭的环境中，需要气体测量来探测逸出的气体或有害的或爆炸性气体的过高的浓度。在气体反应器中或在密闭的环境中的环境变量经常是危险的，这就是说，极冷、极热和/或高反应性的。因此所需的气体报警装置无法直接使用在这些危险的环境中。即使在非危险的温度下，用于气体测量/气体报警的可靠地气体提取的耗费也极高。

已知的是，气体借助由sil(安全完整性水平)允许的泵从测量环境中抽取且导引通过同样是sil允许的过滤器级，在过滤器级中，气体由冷凝物(例如水)释放且必要时被冷却。经净化和冷却的气体之后可以被输送给气体警报装置。但缺陷在于高安装和保养费用。此外，人们获得气体测量的结果是伴有时间延迟的，这种时间延迟由过滤、气体在过滤器区段中经过的路程和气体的冷却引起。

由cn102062726a已知，借助光纤可见的光被准直透镜导引通过反应室。这种光用另一种光纤输送给测量装置。光纤被固定在支架上，支架被布置在反应室内部。这种布置并不适用于大的气体体积，因为通过反应器的光学的测量路程这样长，使得总的供入的光线都会被吸收。此外在这种形式的测量中安装和保养费用也极高，因为用于光线的支架被布置在反应室内部。为了安装必须昂贵地使用支架，以及为了包括清洁反应气体的沉积物在内的保养而必须用很高的费用拆除该支架。

技术实现要素：

因此本发明的任务是，提供本文开头所述类型的现场气体测量系统，在该现场气体测量系统中，安装和保养费用被减小且测量值被同时输出。

该任务通过独立权利要求的特征解决。有利的扩展设计是从属权利要求的主题。

按照本发明规定，在包括ir光子源和ir光子探测器的现场气体测量系统中，现场气体测量系统具有：扩展室，光学的元件被布置在该扩展室处；以及用于将该扩展室与气体反应室可拆卸地流体连通地连接起来的连接元件，其中，ir光子源、光学的元件和ir光子探测器限定了一条延伸穿过扩展室的光学的测量路径。

接下来详细阐释一些概念。

光学的测量路径指的是红外射线从ir光子源穿过气体和光学的元件到ir光子探测器的通路。在ir光子探测器中探测该红外射线。

光学的元件指的是成像的和/或聚焦的镜组。光学的元件可以例如被设计成透镜、反射镜或棱镜。

借助用于可拆卸地将扩展室与气体反应室连接起来的连接元件，可以将扩展室与气体反应室可拆卸地连接。因为扩展室借助连接元件可拆卸地与气体反应室连接，所以扩展室可以与气体反应室分离。以这种方式可以清洁气体反应室的内部，以便清除可能通过热的、冷的或反应性气体在光学的测量路径中产生的污物。气体测量装置的安装和保养费用因此很小。此外可以快速且灵活地更换扩展室，从而例如在受损时无需很大的花费就能更换扩展室或快速维修。在气体反应室中的气体可以通过所述连接来流入扩展室以及因此到达光学的测量路径中，该光学的测量路径从ir光子源起经由光学的元件延伸到扩展室和ir光子探测器。处在光学的测量路径中的气体然后可以借助光学的方法被检测。气体因此在现场未经过滤且无需泵出地被测量，从而避免了在随时间改变的气体浓度下测量数据的时间延迟。

ir光子源有利地通过波导体与扩展室连接，其中，波导体包括光学的测量路径的一部分。此外，ir光子探测器可以有利地通过波导体与扩展室连接，其中，波导体包括光学的测量路径的一部分。ir光子源和ir光子探测器因此可以在空间上远离扩展室和整个气体反应室布置。ir光子源和ir光子探测器因此被保护不受可能源自气体反应室的振动和高或低的温度的影响。

波导体有利地是蓝宝石波导体。蓝宝石波导体耐受极高的温度，且可以以这种方式布置在极热的气体反应室处，而不会受损。

光学的元件被有利地布置在扩展室的内部空间中。光学的元件可以无须大量费用地安装在该内部空间中并被校准。因此在必须清洁光学的元件时也简化了保养。

作为备选或补充，适宜将光学的元件布置在扩展室的壁中或壁上。因此光学的元件部分与有待检测的气体隔绝。安装和保养费用因此被进一步减少。

光学的元件被有利地在扩展室处布置在波导体的端部处。在此可以优选设置两个光学的元件，它们被布置在扩展室处。光学的元件可以以这种方式形成波导体的端部以及因此集成到波导体中。安装费用在这个实施形式中被进一步降低。

在此，光学的元件可以被有利地构造成聚光透镜、凹面镜或构造成准直透镜。焦点在此被这样选择，使得红外射线被导入到ir光子探测器中。

现场气体测量系统适宜地具有封闭元件，该封闭元件被构造用于闭锁在气体反应室和扩展室之间的流体连通的连接。在此，封闭元件可以被集成在连接元件中。此外连接元件能够可拆卸地与扩展室连接。扩展室可以借助封闭元件在封闭元件闭合时从气体反应室拆除，而不必清除气体反应室中的所有气体。以这种方式可以快速更换扩展室。

扩展室有利地具有扩展室封闭元件。因此扩展室可以被单独地封闭。尤其可以结合连接在连接元件上的封闭元件将扩展室随时从气体反应室拆除并保养。被测量的气体可以继续留在扩展室中，因而可供远离气体反应室的进一步的测量使用。

附图说明

借助有利的实施形式，结合附图详细阐释本发明。附图中：

图1是在气体反应室处的现场气体测量系统的示意图；

图2是带有波导体的现场气体测量系统的示意图；以及

图3a-c是扩展室的内部空间的示意图。

具体实施方式

现场气体测量系统总体用附图标记1标注。

图1在此示出了现场测量系统1，其被布置在气体反应室2处。现场气体测量系统1包括扩展室12，扩展室借助连接元件13与气体反应室2可拆卸地连接。现场气体测量系统1还进一步包括ir光子源10和ir光子探测器11。ir光子源10发射红外射线到扩展室12中。ir光子探测器11捕捉被发射的红外射线，红外射线穿透扩展室12和处在扩展室12中的气体。红外射线因此由ir光子源10穿过扩展室12传送到ir光子探测器11。扩展室12在此具有和在气体反应室2中相同的气体环境。因此借助测量直接确定了气体反应室2中的气体组分或气体浓度。

在此，气体的测量在现场发生，因而实现了一种无延迟的测量。在此，在扩展室12处设有一个光学的元件16，该光学的元件将由ir光子源10发出的红外射线聚焦到ir光子探测器11上。ir光子源10、光学的元件16和ir光子探测器11限定了一条穿过扩展室12的光学的测量路径。

按照图2，ir光子源和ir光子探测器11可以通过波导体14与扩展室12连接。ir光子源10在此通过其中一个波导体14将红外射线转送到扩展室12中。另一个波导体14将从扩展室12出来的红外射线转送到ir光子探测器11。ir光子源10和ir光子探测器11在此可以与扩展室12以及因此也与气体反应室2间隔布置。以气体反应室2为出发点的振动和温度波动或者高温或低温，因此不会影响光子的发射和测量。ir光子源10和ir光子探测器11可以借助波导体14与气体反应室2保持安全距离布置。

波导体14在此由蓝宝石制造。波导体14由于该材料也可以使用在辐射高温的气体反应室中。此外蓝宝石对于红外射线是可透射的。

扩展室12此外与连接元件13可拆卸地连接。连接元件13在此包括封闭元件15，封闭元件可以闭锁在扩展室12和气体反应室2之间的流体连通的连接。以这种方式可以截断在扩展室12和气体反应室2之间的流体连通的连接，因而不再有气体从气体反应室2进入扩展室12。扩展室12可以在封闭元件15闭合时与连接元件13分离，因而扩展室12的内部空间120可以被清洁。此外可以用这种方式更换扩展室12。

在图3a至3c中示出了扩展室12的内部空间120。在按图3a的第一个备选的实施形式中，光学的元件16在扩展室1之内布置在内部空间120中。扩展室12还包括孔121。孔121用于将ir光子源10的红外射线导入扩展室12且能使ir光子探测器11探测在扩展室12中的红外射线。孔121因此用于将红外射线导引穿过扩展室12或穿过扩展室12的内部空间120。

光学的元件16在此被这样布置，使得由ir光子源10发出的红外射线聚焦到配属于ir光子探测器11的孔121中。孔121在此可以通过波导体14与ir光子探测器11或ir光子源10连接。作为备选，ir光子源10和ir光子探测器11可以直接布置在孔121后方。在按图3a的备选方案中，ir光子探测器11和ir光子源10直接布置在扩展室12处。此外孔121在扩展室12的壁中被布置在对置的侧面上。由此限定了在ir光子源10处开始、穿过孔121、扩展室12和光学的元件16到达第二孔121以及在ir光子探测器11上结束的测量路径。在这种情况下，光学的元件16可以是聚光透镜。

在一种备选的实施形式中，光学的元件16可以构造成凹面镜或其它反射性元件(参看图3b)。在这个实施形式中，孔121被这样布置，使得从一个孔121导到光学的元件16上的红外射线，被从光学的元件16导入到另一个孔121。光学的元件16在此被构造成凹面镜。在这个实施形式中，ir光子源10和ir光子探测器11也可以直接在扩展室处布置在孔121后方。ir光子源10和ir光子探测器11可以备选地通过波导体14与孔121连接。

在这个实施形式中，扩展室12包括扩展室封闭元件15´。因此简化了扩展室12从气体反应室2的拆卸。此外在扩展室12中可能留有气体，该气体可以在稍后的时间点上在其它部位处被进一步检测。

在按图3c的另一个备选的实施形式中设有第一光学的元件16´和第二光学的元件16´´。光学的元件16´、16´´在此被布置在扩展室12的壁中。它们可以被构造成准直透镜。从外部通过光学的元件16´、16´´导入到扩展室12中的红外射线，作为经准直的红外射线，也就是说用平行延伸的射线穿过扩展室12的内部空间120。这样做的优势在于，在扩展室12的内部空间120中的气体循环不会由于安放在扩展室12的内部空间120中的光学的元件16而改变。在扩展室12内的气体组分因此对应在气体反应室2内的气体组分。可能由于受干扰的流动状况而出现的改变因此得以避免。

本发明因此免去了将经过滤的以及经冷却的气体输送给气体报警装置的多极的泵和过滤器单元的安装。

附图标记列表

1现场气体测量系统

10ir光子源

11ir光子探测器

12扩展室

13连接元件

14波导体元件

15封闭元件

15´扩展室封闭元件

16、16´、16´´光学的元件

120内部空间

121孔

2气体反应室。