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Die
Erfindung betrifft ein Gasreinigungssystem mit Indikatorfunktion,
ein Indikatorsystem für
die Anzeige von Verunreinigungen in einem Gas und ein Verfahren
zur Reinigung eines Gases.
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Im
Laborbereich werden heute Gasnachreinigungspatronen verwendet, mit
denen Flaschengase von Verunreinigungskomponenten befreit werden, die
für die
spätere
Anwendung hinderlich sind. Besonders verbreitet sind diese Systeme
in Analysenlabors, in denen besonders reine Gase als Betriebsgase
für Laborgeräte oder
als Kalibriergase verwendet werden.
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Übliche Funktion
solcher Patronensysteme ist die Entfernung von Feuchte, Sauerstoff,
Kohlenwasserstoffen oder Kombinationen dieser Komponenten. Besonders
leistungsfähige
Systeme reinigen Gasströme
bis zu Restverunreinigungen von 1 ppb.
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Die
Reinigungsmassen haben eine begrenzte Kapazität, die jeweiligen Komponenten
aus dem Gasstrom zurückzuhalten.
Wenn diese Kapazität
erschöpft
ist, bricht die zu entfernende Komponente durch und passiert das
Reinigungssystem.
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Da
die verwendeten Analysensysteme besonders empfindlich auf die Gasqualität reagieren und
Gasverunreinigungen mitunter zu empfindlichen Beschädigungen
der Analysensysteme führen
können,
ist die einwandfreie und zuverlässige
Funktion der Reinigungspatronen entscheidend für den Anwender. Deshalb ist
eine rechtzeitige und zuverlässige
Erkennung des Durchbruchpunktes wichtig für den Einsatz der Reinigungspatronen.
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Reinigungspatronen
mit Indikatorfunktion sind für
Sauerstoff bekannt. Dabei wird der Reinigungs- oder Adsorbermasse
ein Zuschlagstoff beigesetzt, der mit zunehmender Sättigung
mit Sauerstoff farblich umschlägt.
Ist das Gehäuse
der Reinigungspatrone z. B. aus Glas, so kann der Anwender die verbleibende
Reinigungskapazität
der Patronen an der Position der Farbumschlags-Front erkennen und die
noch verbleibende Betriebszeit abschätzen. Eine Adsorbermasse für Sauerstoff
mit Indikatorfunktion ist z. B. in der
DE-AS 16 67 129 beschrieben.
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Eine
Gasreinigungspatrone mit einem selbstanzeigenden Feuchte-Adsorbens
ist in der
EP 0 641
592 B1 (interne Bezeichnung MG 1887) beschrieben. Andere
Gasreinigungssysteme sind beispielsweise aus der
DE-A-34 45 639 , der
DE-T-692 15 243 ,
der
GE-B-1218736 ,
der
DE-A-30 34 656 und der
US-A-4,530,706 bekannt.
Eine kombinierte Reinigungs-/Indikatormasse hat einen entscheidenden Nachteil:
sie erfordert die Konstruktion des Reinigergehäuses aus transparentem Material
(meist Glas). Damit sind der Reiniger-Konstruktion hinsichtlich Größe, Volumen
und Stabilität
enge Grenzen gesetzt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasreinigungssystem mit
Indikatorfunktion bereitzustellen, das die genannten Nachteile vermeidet.
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Gelöst wurde
die Aufgabe durch ein Gasreinigungssystem mit Indikatorfunktion,
bei dem Gasreinigungsfunktion und nutzbare Indikatorfunktion räumlich getrennt
sind.
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Das
Gasreinigungssystem besteht in der Regel aus mindestens einer Gasfiltereinheit,
das ist z. B. eine Gasfilterpatrone, und mindestens einer nachgeschalteten
Indikatoreinheit, die die Indikatorfunktion für eine oder mehrere Komponenten
eines mit der Indikatoreinheit in Kontakt gebrachten Gases erfüllt. Im allgemeinen
sind Gasfiltereinheit und Indikatoreinheit für durchströmende Gase konstruiert, z.
B. als mit einer Gasreinigungsmasse oder Indikatormasse gepackte
Patronen.
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Die
Form, Gestalt, Größe und Gehäusematerial
der Gasfiltereinheit des Gasreinigungssystems mit Indikatorfunktion
unterliegen aufgrund des neuartigen Aufbauprinzips keiner Beschränkung. Das
heißt die
Gasfiltereinheit kann in unterschied lichen Gehäusen mit unterschiedlichen
Dimensionen und aus unterschiedlichen Materialien untergebracht
werden. Das Gehäuse
der Gasfiltereinheit besteht beispielsweise aus Metall (z. B. Stahl
oder Aluminium) oder Kunststoff. Das Gehäusematerial der Gasfiltereinheit ist
transparent oder undurchsichtig.
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Die
Indikatoreinheit weist mindestens ein transparentes Fenster oder
eine transparente Wandung (z. B. ringförmiger transparenter Abschnitt
oder Teil des Indikatorgehäuses).
Das transparente Teil besteht in der Regel aus Glas oder transparentem Kunststoff.
Die Indikatoreinheit ist beispielsweise eine Indikatorpatrone mit
transparenter Wandung. Die Indikatoreinheit enthält eine Indikatormasse, z.
B. Silicagel mit einem Indikator ("Blaugel") oder "Hydrosorb" (von Messer Griesheim) für Feuchtigkeit
oder Oxysorb®" (von Messer Griesheim)
für Sauerstoff. Geeignete
Indikatormassen oder Indikatoren für die Anzeige von chemischen
Verbindungen sind dem Fachmann bekannt
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Es
sind heute Reinigungsmassen bekannt, die mehrere der oben genannten
Komponenten aus einem Gasstrom entfernen können. Auch der Durchbruch solcher
Reinigungspatronen sollte erkannt werden können. Zu diesem Zweck kann
man Indikatormassen verwenden, die selektiv auf einzelne Verunreinigungskomponenten
reagieren. Vorteilhaft werden zwei oder mehrere Indikatoreinheiten
oder zwei oder mehrere Indikatorsysteme in einer Indikatoreinheit
kombiniert. Beispielsweise wird eine Indikatorpatrone zur Anzeige
von Sauerstoff (z. B. mit Oxysorb®) und
eine Indikatorpatrone zur Anzeige von Feuchtigkeit (z. B. mit Hydrosorb)
durch Hintereinanderschalten kombiniert. Sehr vorteilhaft werden
die Indikatormassen in jeweils unterschiedlichen Abschnitten einer
Indikatorpatrone (z. B. aufeinanderfolgende Schichten von Indikatormassen)
untergebracht (siehe 2: Multi-Komponenten-Indikatorpatrone
mit Schutzfilter). Damit hat man nicht nur den Durchbruch der vorgeschalteten
Reinigungspatrone sichtbar gemacht, sondern kann auch die Komponente
identifizieren, die den Durchbruch ausgelöst hat. Gleichzeitig verhindert
wieder der Schutzfilter, daß die
durchbrechende Komponente auch die Indikatorpatrone passiert und
z. B. in ein nachfolgendes Analysengerät gelangt.
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Erfindungsgemäß wird der
Indikatoreinheit ein Schutzfilter, insbesondere für die anzuzeigende Komponente,
nachgeschaltet. Diese Anordnung verhindert, daß der "Durchbruch" einer Verunreinigung bei der Reinigerpatrone
(Gasfiltereinheit, Gasreinigungseinheit) erst dann erkannt wird,
wenn die Verunreinigung bereits das Reinigungssystem passiert hat
und beispielsweise in das Analysengerät gelangt ist.
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Alternativ
wird als Indikatoreinheit mit Schutzfilter eine nach der Gasfiltereinheit
angeordnete Indikatorpatrone mit integriertem Schutzfilter eingesetzt.
Diese Patrone beinhaltet in Richtung des Gasstroms zunächst die
Indikatormasse und nachfolgend, z. B. getrennt durch eine poröse Scheibe,
eine Reinigungsmasse, wie sie z. B. auch in der vorgeschalteten
Reinigungspatrone enthalten ist (siehe 1: Anordnung
Reinigungspatrone und Indikatorpatrone mit Schutzfilter). Reinigungsmassen
und Indikatormassen sind einzeln für die relevanten Verunreinigungskomponenten
bekannt.
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Diese
Indikatorpatrone zeigt im Bereich des Indikators sofort an, wenn
die vorgeschaltete Reinigungspatrone durchbricht. Die in die Indikatorpatrone integrierte
Reinigermasse stellt jedoch sicher, daß für einen gewissen Zeitraum nach
dem Durchbruch das nachfolgende Analysengerät noch vor der Verunreinigungskomponente
geschützt
bleibt.
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Die
Indikatoreinheit mit integriertem oder nachgeordnetem Schutzfilter
bietet den Vorteil, daß nur
sehr wenig Indikatormasse benötigt
wird, um den Durchbruch der Reinigerpatrone anzuzeigen. Gleichzeitig
wird nur eine geringe Menge Reinigermasse benötigt, um die Schutzfunktion
für einen
begrenzten Zeitraum aufrecht zu erhalten. Damit kann die Indikatorpatrone
oder kombinierte Indikatorpatrone sehr klein konstruiert werden
und unbedenklich aus transparentem Material (z. B. Glas) gefertigt
werden. Sie kann je nach Bedarf an bestehende Reinigungssysteme
angeschlossen werden. Eine Unterscheidung zwischen verschiedenen
Reinigern mit und ohne Indikatorfunktion entfällt für den Anwender.
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Gerade
bei Reinigungsmassen für
Entfernung mehrerer Komponenten aus einem Gasstrom werden Multi-Komponenten-Indikatorpatronen
mit integriertem Schutzfilter bevorzugt eingesetzt (siehe 2:
Multi-Komponenten-Indikatorpatrone mit Schutzfilter). Damit wird
nicht nur der Durchbruch der vorgeschalteten Reini gungspatrone sichtbar
gemacht, sondern kann auch die Komponente identifizieren, die den
Durchbruch ausgelöst
hat. Gleichzeitig verhindert der Schutzfilter, daß die durchbrechende
Komponente auch die Indikatorpatrone passiert und in das Analysengerät gelangt.
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Die
erwähnten
Reinigungspatronen (Gasfiltereinheiten) sind außer im Laborbereich auch bei technischen
Gasversorgungen im Einsatz, allerdings in wesentlich größerer Dimensionierung.
Auch für diese
Anwendung kann das beschriebene Prinzip der Indikatorpatrone mit
integriertem Schutzfilter vorteilhaft eingesetzt werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann die Erkennung des Durchschlagpunktes automatisiert werden:
Der von außen
sichtbare Farbumschlag der Indikatorpatrone wird vorteilhaft über ein
optisches System (optischer Sensor, z. B. photometrischer Detektor
für Transmission
oder Reflexion; Kamera, insbesondere CCD-Kamera) erfaßt. Das
System wird beispielsweise von außen auf die Indikatorpatrone gerichtet
und ist genau auf die jeweiligen Farben eingestellt, so daß ein Farbumschlag
detektiert wird (siehe 3: optische Überwachung der Indikatorpatrone
mit Schutzfilter). An dieses Detektorsystem wird besonders vorteilhaft
eine Warneinrichtung gekoppelt. Wenn die regelmäßige Beaufsichtigung des Systems
nicht sichergestellt werden kann, so kann an das Detektorsystem
eine automatische Ventilschaltung gekoppelt werden, die im Durchbruchsfall den
Gasstrom blockiert und die Weiterführung z. B. in ein Analysengerät verhindert.
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Die
Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert.
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1 zeigt
ein Schema eines Gasreinigungssystems aus einer Anordnung von Gasreinigungspatrone
und Indikatorpatrone mit Schutzfilter.
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2 zeigt
schematisch eine Anordnung von Gasreinigungspatrone und Multikomponenten-Indikatorpatrone
mit Schutzfilter als Gasreinigungssystem.
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3 zeigt
ein Gasreinigungssystem mit optischer Überwachungseinrichtung an der
Indikatorpatrone.
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Das
in 1 gezeigte Gasreinigungssystem besteht aus einer
Gasreinigungseinheit 3 (Gasreinigungspatrone), einer Indikatoreinheit 5 mit
nachgeordnetem Schutzfilter 6.
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Gasreinigungseinheit 3 und
Indikatoreinheit 5 sind über eine lösbare Verbindungseinheit 4 verbunden.
Das zu reinigende Gas tritt am Gaseingang 1 in die Reinigungseinheit 3 ein.
Am Gasausgang 2 verläßt das Gas
das Gasreinigungssystem. Beispielsweise ist das Gasreinigungssystem
zur Trocknung eines Gases (z. B. Entfernung von Feuchtigkeitsspuren
in einem Gas) ausgelegt. In diesem Beispiel enthält die Gasreinigungseinheit 3 eine
Gasreinigungsmasse (Trockenmittel) wie Kieselgel oder "Hydrosorb" (Fa. Messer Griesheim).
Die Gasreinigungseinheit 3 ist z. B. eine Kleinpatrone
oder Großpatrone
aus Aluminium oder Glas. Die Indikatoreinheit 5, die ein
Gehäuse
oder Fenster aus einem transparenten Material wie Glas oder Kunststoff
aufweist, enthält
die Indikatormasse (z. B. Trockenmittel mit Feuchteindikator wie
Blaugel oder "Hydrosorb". Der Indikatoreinheit 5 ist
ein Schutzfilter 6 nachgeschaltet, das in der Regel die
gleiche Gasreinigungsmasse wie die Gasreinigungseinheit 3 enthält. Schutzfilter 6 hat
in der Regel eine wesentlich geringere Gasreinigungskapazität als die
Gasreinigungseinheit 3. Indikatoreinheit 5 und
Schutzfilter 6 können in
einem gemeinsamen Gehäuse
angeordnet werden.
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Das
Gasreinigungssystem von 2 zeigt die Besonderheit des
kombinierten Einsatzes von z. B. drei Indikatoreinheiten 5, 5', 5''. Es werden vorteilhaft zwei, drei
oder mehrere Indikatoreinheiten kombiniert, z. B. eine Indikatoreinheit
zur Anzeige von Feuchtigkeit, eine Indikatoreinheit zur Anzeige
einer Gasverunreinigung wie Sauerstoff und eine Indikatoreinheit
zur Anzeige von Kohlendioxid.
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In 3 wird
der Farbumschlag der Indikatoreinheit 5 mit Hilfe eines
optischen Sensors 7 überwacht.
Als optischer Sensor dient beispielsweise ein CCD-Sensor oder eine
CCD-Kamera. Der optische Sensor 7 ist mit einer Steuereinheit 9 verbunden,
die bei Farbumschlag einen Alarm auslöst oder mit Hilfe eines steuerbaren
Absperrventiles 8 (z. B. Magnetventil) die Gaszufuhr am
Gaseingang 1 unterbricht. Bei Einsatz einer Kamera als
optischem Sensor 7 kann eine Computereinheit z. B. mit
Hilfe eine Bilderfassungs- und -auswertungsprogammes einen Farbumschlag
in der Indikatoreinheit 5 erfassen. Die gestrichelte Linie
zwischen Sensor 7 und Steuereinheit 9 und zwischen
Steuereinheit 9 und Absperrventil 8 stellt eine
Leitung zur Übertragung
von Meß-
oder Steuersignalen dar.
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- 1
- Gaseingang
- 2
- Gasausgang
- 3
- Reinigungsfilter
- 4
- Verbindungsteil
- 5,
5', 5''
- Indikatormasse
- 6
- Schutzfilter
- 7
- optischer
Sensor
- 8
- Absperrventil
- 9
- Steuerung