Beheizbare Membranpumpe für Gase

Abstract

 Bei einer beheizbaren Membranpumpe für zu analy­sierende Rauchgase sollen Ablagerungen und Korro­sion vermieden werden. Ein beheizter Pumpenkopf (10) enthält eine Membrankammer (12) die von einer Membran (14) abgeschlossen ist. Die Membran (14) wird von einem Motor (32) über eine Pleuelstange (46) angetrieben. Die Pleuelstange (46) ist durch eine Heizung (52) und einen Temperaturfühler (54) geregelt beheizt. Die Übertragung von Meßsignalen des Temperaturfühlers (54) zu einem Regler (56) und die Stromversorgung der Heizung (52) erfolgt über u-förmige Blattfedern (64,78).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine beheizbare Membranpumpe für Gase, beispielsweise zur Förderung von Rauch­gasen, die auf Schadstoffanteile untersucht werden sollen, enthaltend

(a) einen Pumpenkopf mit einer Membrankammer, die von einer flexiblen Membran abgeschlossen ist und die über ein in Einlaßrichtung öffnendes Rückschlagventil mit einem Gaseinlaß und über ein in Auslaßrichtung öffnendes Rückschlag­ventil mit einem Gasauslaß in Verbindung steht,

(b) einen Antriebsmotor,

(c) eine Pleuelstange, die über Klemmplatten mit der Membran fest verbunden und über einen Kurbeltrieb von dem Antriebsmotor zu hin- und hergehender Bewegung antreibbar ist,

(d) Isolationsmittel zur thermischen Isolation des Pumpenkopfes und

(e) eine Pumpenkopfheizung zur Beheizung des Pumpenkopfes.

[0002] Solche Membranpumpen sind bekannt zur Förderung von Rauchgasen, welche auf Schadstoffanteile untersucht werden sollen. Die bekannten Membranpumpen enthal­ten einen Pumpenkopf mit einer Membrankammer, die von einer PTFE-Membran abgeschlossen ist. Der Pumpenkopf ist von einer Pumpenkopfheizung umgeben. Um die Pumpenkopfheizung herum ist wiederum eine Wärmeisolationsschicht angeordnet. Weiterhin ist der Pumpenkopf auf Stehbolzen im Abstand von einem Antriebsmotor gehalten. Die Wärmeisolationsschicht und die Stehbolzen bilden Isolationsmittel zur thermischen Isolation des Pumpenkopfes. Der Antrieb der Membranpumpen erfolgt von dem Antriebsmotor über einen Kurbeltrieb und eine Pleuelstange. Die Pleuelstange ist über Klemmplatten mit der Membran fest verbunden. Der Antriebsmotor läuft mit einer Drehzahl von 1500 UpM, so daß die Pleuelstange eine hin- und hergehende Bewegung und die Membran eine Schwingung mit 25 Hertz ausführt.

[0003] Die Beheizung des Pumpenkopfes soll verhindern, daß der Taupunkt der Rauchgase unterschritten wird.

[0004] Es hat sich nun bei bekannten Membranpumpen dieser Art gezeigt, daß trotz der Beheizung Ablagerungen und Korrosion auftraten, die in vielen Fällen zu einem Ausfall der Membranpumpe führten. Als be­sonders kritisch erwiesen sich dabei Rauchgas­zusammensetzungen mit SO₂ , SO₃ und NH₃ .

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Membranpumpen der eingangs definierten Art die geschilderten Ablagerungen und Korrosionser­scheinungen zu verhindern.

[0006] Die Erfindung beruht auf der Untersuchung und Er­kenntnis der Ursachen dieser unerwünschten Erschei­nungen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die beobachteten Ablagerungen und Korrosions­erscheinungen auf eine ungenügende Beheizung der Klemmplatten zurückzuführen ist. Es wird nur das Gehäuse des Pumpenkopfes beheizt. Mit diesem sind die Klemmplatten nur über die PTFE-Membran ver­bunden. PTFE ist ein schlechter Wärmeleiter. Andererseits erfolgt eine Wärmeableitung über die Pleuelstange. Dementsprechend sind die Klemmplatten zu kalt. Solche Kaltstellen führen zu Ablagerungen und Korrosion, weil sich dort Rauchgasbestandteile niederschlagen.

[0007] Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

(f) zusätzlich zu der Pumpenkopfheizung eine Heizung in der Pleuelstange vorgesehen ist.

[0008] Dadurch werden die erwähnten Kaltstellen vermieden. Es hat sich gezeigt, daß dadurch auch die erwähnten Ablagerungen und Korrosionserscheinungen verhindert werden.

[0009] Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0010] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nach­stehend unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeich­nung näher erläutert, die schematisch eine Seiten­ansicht einer Membranpumpe, teilweise im Schnitt, zeigt.

[0011] Mit 10 ist ein Pumpenkopf bezeichnet. Der Pumpen­kopf 10 enthält eine Membrankammer 12. Die Membran­kammer 12 ist von einer flexiblen Membran 14 aus PTFE (Polytetrafluorethylen) abgeschlossen. Die Membran 14 ist zwischen einem Pumpenkopfoberteil 16 und einem ringförmigen Pumpenkopfunterteil 18 eingespannt. Unter dem Pumpenkopfunterteil 18 sitzt eine Grundplatte 20 mit einem zentralen Durchbruch 22. Der Pumpenkopf 10 ist von einer Pumpenkopf­heizung 24 umgeben und wird von dieser beheizt. Um die Pumpenkopfheizung 24 herum ist wiederum eine Wärmeisolationsschicht 26 vorgesehen. Der Pumpen­kopf 10 ist über Stehbolzen 28 auf einer Plattform 30 abgestützt. Die Plattform 30 sitzt auf einem elektrischen Antriebsmotor 32.

[0012] Die Membrankammer 12 ist über ein in Einlaßrichtung öffnendes Rückschlagventil 34 mit einem Gaseinlaß 36 und über ein in Auslaßrichtung öffnendes Rück­schlagventil 38 mit einem Gasauslaß 40 verbunden. Beide Rückschlagventile 34 und 38 sind in dem beheizten Teil des Pumpenkopfes 10 angeordnet.

[0013] Die Membran 14 ist mittels zweier Klemmplatten 42 und 44 fest mit einer Pleuelstange 46 verbunden. Zu diesem Zweck ist die Membran 14 zwischen den Klemm­platten 42 und 44 eingeklemmt. Die Klemmplatten 42,44 sind mittels einer Senkkopfschraube 48 gegen­einander und gegen die Pleuelstange 46 festgezogen. Die Pleuelstange 46 erstreckt sich durch den Durchbruch 22 hindurch und wird von dem Motor 32 über einen Kurbeltrieb 50 zu hin- und hergehender Bewegung angetrieben. Die hin- und hergehende Bewegung ist mit einer gewissen Schwenkbewegung verbunden.

[0014] Um eine ausreichende Beheizung auch im Bereich der Klemmplatte 42 sicherzustellen, die mit dem Pumpen­kopf 10 und der Pumpenkopfheizung 24 nur über die schlecht wärmeleitende und dünne PTFE-Membran 14 in wärmeleitender Verbindung steht, wird die Pleuel­stange 46 beheizt. Zu diesem Zweck ist in der Pleuelstange 46 eine Heizung 52 vorgesehen. Diese Heizung 52 wird von einer Heizpatrone gebildet. Weiterhin ist in der Pleuelstange 46 ein Tempera­turfühler 54 angeordnet. Der Temperaturfühler 54 ist mit einem Regler 56 verbunden. Der Regler 56 regelt die in der Pleuelstange 46 angeordnete zusätzliche Heizung 52. Ein membranseitiger Abschnitt 58 der Pleuelstange 46 und die Klemm­platten 42,44 bestehen aus einem Material relativ hoher Wärmeleitfähigkeit. Bei einer bevorzugten Ausführung der Membranpumpe besteht dieser membranseitige Abschnitt 58 aus einer gut wärme­leitenden AlMg-Legierung. Der motorseitige Abschnitt 60 der Pleuelstange 46 besteht aus einem Material relativ geringer Wärmeleitfähigkeit. Bei der bevorzugten Ausführung der Membranpumpe besteht dieser motorseitige Abschnitt 60 aus einem Chrom­stahlrohr. Die Wärmeleitfähigkeit des Chromstahl­rohres ist durch zusätzliche Querbohrungen 62 noch weiter herabgesetzt.

[0015] Die Stromversorgung für die in der Pleuelstange 46 angeordnete Heizung 52 erfolgt über Blattfedern 64, von denen in der Figur nur eine sichtbar ist. Die Blattfedern 64 sind in einer zur Bewegungsebene der Pleuelstange 46 (oder zur Papierebene in der Figur) parallelen Ebene u-förmig gebogen. Jeweils ein Schenkel 66 jeder Blattfeder 64 ist an einem still­stehenden, auf der Plattform 30 montierten Teil 68 elektrisch isoliert gehaltert und mit einer Strom­zuführung 70 verbunden. Der jeweils andere Schenkel 72 jeder Blattfeder 64 ist mittels eines Isolier­stoffblocks 74 elektrisch isoliert an der Pleuel­stange 46 befestigt und über eine Leitung 76 mit der Heizung 52 verbunden.

[0016] In ähnlicher Weise ist die Verbindung zwischen dem in der Pleuelstange 46 angeordneten Temperaturfüh­ler 54 und dem Regler 56 über Blattfedern 78 herge­stellt. Die Blattfedern 78 sind ebenfalls in einer zur Bewegungsebene der Pleuelstange 46 parallelen Ebene oder in dieser Ebene u-förmig gebogen. In der Figur ist nur eine der Blattfedern 78 sichtbar. Die Blattfedern 78 sind im wesentlichen in der Bewe­gungsebene der Pleuelstange 46, d.h. in der Papier­ebene der Figur auf der den Blattfedern 64 diame­tral gegenüberliegenden Seite der Pleuelstange 46 angeordnet. Jeweils ein Schenkel 80 jeder Blatt­feder 78 ist an einem stillstehenden, auf der Plattform 30 montierten Teil 82 isoliert gehaltert und über eine Signalleitung 84 mit dem Regler 56 verbunden. Der jeweils andere Schenkel 86 jeder Blattfeder 78 ist mittels des Isolierblocks 74 elektrisch isoliert an der Pleuelstange befestigt und über eine Leitung 88 mit dem Temperaturfühler 54 verbunden. Die Blattfedern 64 und 78 bestehen aus Berylliumbronze.

[0017] Auf diese Weise erfolgt eine geregelte Beheizung der Pleuelstange 46 und der Klemmplatten 42,44. Die Wärmeableitung über der Pleuelstange 46 wird redu­ziert. Die Temperatur des membranseitigen Teiles 58 der Pleuelstange 46 und der Klemmplatten 42 und 44 muß mit möglichst geringer Temperatur-Hysterese geregelt werden. Die Temperatur des Pumpenkopfes 10 und der mit dem geförderten Gas in Kontakt kommen­den Teile, insbesondere der Klemmplatte 42, muß über dem Taupunkt der Gase liegen. Diese Tempera­tur, die von dem Regler 56 geregelt wird, liegt bei 250°C. Die maximal zulässige Temperatur der PTFE-Membran 14 liegt nur wenig über dieser ge­regelten Temperatur.

[0018] Die geregelte Beheizung der Pleuelstange 46 macht es erforderlich, die Meßsignale des Temperaturfüh­lers 54 von der bewegten Pleuelstange 46 auf den stillstehenden Regler 56 zu übertragen und ebenso die Heizleistung der mit der Pleuelstange 46 bewegten Heizung 52 zuzuführen. Das wird durch die Blattfedern 64 und 78 ermöglicht, welche sowohl die in der Figur vertikale Bewegung der Pleuelstange 46 als auch die in der Figur horizontale Bewegung der Pleuelstange 46 aufzunehmen vermögen. Die Verwen­dung von Berylliumbronze als Werkstoff für die Blattfedern 64 und 78 gewährleistet eine möglichst hohe Lebensdauer bei der auftretenden Dauerschwing­belastung mit beispielsweise 25 Hertz.

[0019] Der Pumpenkopf 10 weist einen zusätzlichen Anschluß 90 für Nullgas auf. Dieser zusätzliche Anschluß 90 ist bei geschlossenem Absperrventil 104 über ein Rückschlagventil 92, ein T-Stück 94 und der Rücksclagventile 34 u. 38 mit dem Gasauslaß 40 verbunden. Das Rückschlagventil 92 des zusätzlichen Anschlusses 90 ist in einem beheizten Bereich 96 des Pumpenkopfes 10 innerhalb der Pumpenkopfheizung 24 angeordnet.

[0020] Der Pumpenkopf 10 weist einen weiteren zusätzlichen Anschluß 98 für ein Rückspülgas auf. Der zusätz­ liche Anschluß 98 für das Rückspülgas ist bei ge­schlossenem Absperrventil 104 über ein Rückschlag­ventil 100 und ein T-Stück 102 mit dem Gaseinlab 36 stromauf von dem T-Stück 94 verbunden. Im Hauptgas­strom zwischen der Einmündung von Rückspülgas und Nullgas ist ein Absperrventil 104 angeordnet. Das Absperrventil 104 ist über einen Anschluß 106 pneumatisch betätigbar. Das Rückschlagventil 100 des zusätzlichen Anschlusses 98 und das Absperr­ventil 104 sind ebenfalls in dem beheizten Bereich 96 des Pumpenkopfes 10 angeordnet. Auf diese Weise werden alle Rückschlag- und Absperrventile 92,100 bzw. 104 mit dem Pumpenkopf 10 beheizt und auf der erforderlichen Temperatur gehalten.

Ansprüche

1. Beheizbare Membranpumpe für Gase, beispiels­weise zur Förderung von Rauchgasen, die auf Schadstoffanteile untersucht werden sollen, enthaltend

(a) einen Pumpenkopf (10) mit einer Membran­kammer (12), die von einer flexiblen Membran (14) abgeschlossen ist und die über ein in Einlaßrichtung öffnendes Rückschlagventil (34) mit einem Gaseinlaß (36) und über ein in Auslaßrichtung öffnendes Rückschlagventil (38) mit einem Gasauslaß (40) in Verbindung steht,

(b) einen Antriebsmotor (32),

(c) eine Pleuelstange (46), die über Klemm­platten (42,44) mit der Membran (14) fest verbunden und über einen Kurbeltrieb (50) von dem Antriebsmotor (32) zu hin- und hergehender Bewegung antreibbar ist,

(d) Isolationsmittel (26,28) zur thermischen Isolation des Pumpenkopfes (10) und

(e) eine Pumpenkopfheizung (24) zur Beheizung des Pumpenkopfes (10),

dadurch gekennzeichnet, daß

(f) zusätzlich zu der Pumpenkopfheizung (24) eine Heizung (52) in der Pleuelstange (46) vorgesehen ist.

2. Beheizbare Membranpumpe nach Anspruch 1, da­durch gekennzeichnet, daß

(a) in der Pleuelstange (46) ein Temperatur­fühler (54) angeordnet ist und

(b) der Temperaturfühler (54) mit einem Regler (56) verbunden ist, der die in der Pleuel­stange (46) angeordnete zusätzliche Hei­zung (52) regelt.

3. Beheizbare Membranpumpe nach Anspruch 2, da­durch gekennzeichnet, daß ein membranseitiger Abschnitt (58) der Pleuelstange (46) und die Klemmplatten (42,44) aus einem Material relativ hoher Wärmeleitfähigkeit und ein motorseitiger Abschnitt (60) der Pleuelstange (46) aus einem Material relativ geringer Wärmeleitfähigkeit besteht.

4. Beheizbare Membranpumpe nach Anspruch 3, da­durch gekennzeichnet, daß der motorseitige Abschnitt (60) der Pleuelstange (46) von einem Rohr gebildet ist.

5 Beheizbare Membranpumpe nach Anspruch 4, da­durch gekennzeichnet, daß das Rohr zur Erhöhung seines Wärmewiderstandes mit seitlichen Durch­brüchen versehen ist.

6. Beheizbare Membranpumpe nach einem der An­sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung für die in der Pleuelstange (46) angeordnete Heizung (52) über Blattfedern (64) erfolgt,
-die in einer zur Bewegungsebene der Pleuel­stange (46) parallelen Ebene u-förmig gebogen sind,
-von denen jeweils ein Schenkel (66) an einem stillstehenden Teil (68) elektrisch isoliert gehaltert und mit einer Stromzuführung (70) verbunden ist und
-von denen jeweils der andere Schenkel (72) elektrisch isoliert an der Pleuelstange (46) befestigt und mit der Heizung (52) verbunden ist.

7. Beheizbare Membranpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem in der Pleuelstange (46) ange­ordneten Temperaturfühler (54) und dem Regler (56) über Blattfedern (78) hergestellt ist,
-die in einer zur Bewegungsebene der Pleuel­stange (46) parallelen Ebene u-förmig gebogen sind,
-von denen jeweils ein Schenkel (80) an einem stillstehenden Teil (82) elektrisch isoliert gehaltert und mit dem Regler (56) verbunden ist und
-von denen jeweils der andere Schenkel (86) elektrisch isoliert an der Pleuelstange (46) befestigt und mit dem Temperaturfühler (54) verbunden ist.

8. Beheizbare Membranpumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (64,78) aus Berylliumbronze bestehen.

9. Beheizbare Membranpumpe nach Anspruch 1, da­durch gekennzeichnet, daß

(a) der Pumpenkopf (10) einen zusätzlichen Anschluß (90) für ein Nullgas aufweist,

(b) der zusätzliche Anschluß (90) bei geschlossenem Absperrventil (104) über die Rückschlagventile (92,34 u.38) mit dem Gasauslaß (40) verbunden ist und

(c) das Rückschlagventil (92) des zusätzlichen Anschlusses (90) in einem beheizten Be­reich (96) des Pumpenkopfes (10) angeord­net ist.

10. Beheizte Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der Pumpenkopf (10) einen zusätzlichen Anschluß (98) für ein Rückspülgas auf­weist,

(b) der zusätzliche Anschluß (98) über ein Rückschlagventil (100) bei geschlossenem Absperrventil (104) mit dem Gaseinlaß (36) verbunden ist,

(c) stromab von der Mündung des zusätzlichen Anschlusses (98) in den Gaseinlaß (36) im Gaseinlaß (36) ein Absperrventil (104) angeordnet ist und

(d) das Rückschlagventil (100) des zusätz­lichen Anschlusses und das Absperrventil (104) in einem beheizten Bereich (96) des Pumpenkopfes (10) angeordnet sind.

11. Beheizte Membranpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (104) pneumatisch betätigbar ist.

Zeichnung