DE102006023714B4

DE102006023714B4 - Vorrichtung und Verfahren zur selektiven Bestimmung der Menge von Ölnebel

Info

Publication number: DE102006023714B4
Application number: DE102006023714A
Authority: DE
Inventors: Christian LÜBBERT; Harald Dr. Heyer; Andreas Dr. Mohrman
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2026-05-20
Also published as: US7712348B2; GB2438217A; US20070266769A1; DE102006023714A1; GB2438217B; GB0706038D0

Abstract

Vorrichtung zur selektiven Bestimmung der Menge von Ölnebel in einer Gasprobe mit einem Impaktor (1, 13), welcher mindestens eine Mikrodüse (4, 12) zur Dosierung eines vorbestimmten Prüfgasvolumens aufweist, einer Prallplatte (5) strömungsabwärts der Mikrodüse (4, 12) zur Abscheidung von Ölpartikeln (2), welche aus einer Glasplatte besteht, die abströmseitig der Mikrodüse (4, 12) mattiert, aufgeraut oder mit saugfähigem Material (6) versehen ist und mit einem Sichtfenster (7) an der zur Mikrodüse (4) abgewandten Seite der Prallplatte (5) als Auswertemittel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur selektiven Bestimmung der Menge von Ölnebel.
Aus der DE 32 23 742 C2 ist ein Gasprüfröhrchen zur Bestimmung der Menge von Ölnebel in einer Gasprobe bekannt geworden. Mit Hilfe einer Pumpe wird zunächst ein bestimmtes Prüfgasvolumen durch das Gasprüfröhrchen gesaugt und der im Prüfgas vorhandene Ölnebel auf einem Filter innerhalb des Gasprüfröhrchens abgeschieden. Danach wird eine Ampulle mit Schwefelsäure durchbrochen, wodurch das Öl im Filter gelöst und über eine Verteilerschicht in eine Anzeigeschicht gespült wird. In der Anzeigeschicht entsteht eine Farbanzeige, die proportional der Menge des aus dem Prüfgas ausgefilterten Ölnebels ist.
Nachteilig bei den bekannten Gasprüfröhrchen ist, dass zur Auswertung der Anzeige eine Farbtabelle benötigt wird, um die Menge an Ölnebel angeben zu können. Ein derartiger Farbvergleich ist nicht immer eindeutig und hängt auch von der individuellen Farbwahrnehmung des Benutzers ab.
Aus der US 5,553,795 ist eine Vorrichtung zur selektiven Bestimmung von Aerosolpartikeln bekannt, bei der die Partikel in einer an der Prallplatte angeordneten Vertiefung gesammelt werden. Die gesammelten Partikel werden später einer separaten chemischen Analyse unterzogen.
Die DE 21 00 359 A bezieht sich auf einen Impaktor, mit dem die Trennung der Partikel nach dem aerodynamischen Durchmesser erfolgen soll. Ein optisches Auswerteverfahren ist nicht vorgesehen.
Bei der aus der US 4,590,792 bekannten Vorrichtung werden Partikel auf einer elektrisch leitfähigen Oberfläche eines Probesammlers abgeschieden. Die Auswertung erfolgt mittels eines separaten Analysegerätes.
Aus der US 6,156,212 geht ein Impaktor hervor, bei dem Partikel einer bestimmten Größe gesammelt und klassifiziert werden. An der Prallplatte befindet sich eine Kammer zur Aufnahme der Partikel.
Aus der US 2005/0247 868 A1 geht ein Impaktor hervor, bei dem eine auf einer rotierenden Prallplatte abgeschiedene Partikelprobe einem Auswertegeräte zugeführt und anschließend von der Prallplatte wieder entfernt wird. Die Vorrichtung dient zur kontinuierlichen Überwachung der Umgebungsluft auf Schadstoffe.
Die DE 39 37 343 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration von Ölaerosolen, bei welchem die zu untersuchenden Stoffe zunächst elektrostatisch abgeschieden und deren Konzentrationen mittels Infrarot-Absorption bestimmt werden.
Aus der WO 03/08 9907 A1 ist ein Verfahren zum Abscheiden von Partikeln aus Luft bekannt, bei dem die abgeschiedenen Partikel mit einem Aerosol versetzt und hierbei auch Additive zugeführt werden. Die Auswertung wird mittels eines separaten Analysegerätes vorgenommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur selektiven Messung der Menge von Ölnebel in einer Gasprobe anzugeben, das einfach zu handhaben ist und ohne chemische Nachweisreaktion auskommt.
Die Lösung für die Vorrichtung ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die Lösung für das Verfahren ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 6.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Vorteil der Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass durch Verwendung eines Impaktors, aufgrund der sich abrupt ändernden Strömung, die nachzuweisenden Ölpartikel nicht mehr der Strömung folgen, sondern auf einer Prallplatte abgeschieden und gesammelt werden. Die Menge der gesammelten Ölpartikel während einer vorbestimmten Messzeit ist ein Maß für den Ölgehalt der Gasprobe. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren eignen sich allgemein zum Nachweis von Flüssigkeiten mit sehr niedrigem Dampfdruck.
Die Menge des abgeschiedenen Öls lässt sich besonders einfach über ein Sichtfenster an der Prallplatte durch direkte Auswertung der Größe eines Ölfleckes bestimmen. Hierzu besteht die Prallplatte entweder aus geschliffenem oder angeätztem Glas oder sie ist mit einem saugfähigen Material versehen, das das Öl aufnimmt. Es lassen sich auf diese Weise selbst kleinste Mengen von Öl, zum Beispiel < 10 Mikrogramm, visuell bestimmen. Im einfachsten Fall wird mittels einer Skalierung der Durchmesser des Ölfleckes ausgewertet. Durch Verwendung von optischen Hilfsmitteln, zum Beispiel einer Lupe, können auch sehr kleine Ölflecken ausgewertet werden. Die Skalierung kann durch Aufbringen eines aufgedruckten Ringes realisiert werden oder es befindet sich eine Längenanzeige innerhalb des Sichtfensters. Der Ölfleck ist auf geschliffenem bzw. aufgerautem Glas deshalb gut zu sehen, weil die winzigen Vertiefungen des Glasschliffes, die das Licht streuen, durch Ölpartikel ausgefüllt werden. Dadurch wird das Glas wieder durchsichtig, weil sich der Brechungsindex geändert hat.
Eine Erhöhung der Empfindlichkeit und Verkürzung der Messzeit lässt sich beispielsweise auch durch eine gerichtete Parallelschaltung verschiedener Impaktoren realisieren. Hierzu ist es besonders vorteilhaft, eine Vielzahl von Mikrodüsen in einem vorbestimmten Muster gegenüber der Prallplatte anzuordnen. Ein derartiges Muster kann beispielsweise ein Kreis, ein Quadrat, ein Rechteck, ein Dreieck, ein Symbol oder ein Buchstabe sein. Hierdurch entstehen auf der Prallplatte viele kleine Ölflecke, die später zu einem einzigen Fleck zuammenlaufen. In Form einer Schwellwertkalibrierung besteht hier die Möglichkeit, den Zeitpunkt zu bestimmen, wann sich die Ölflecke berühren.
Eine weitere Verbesserung der Messempfindlichkeit ergibt sich dadurch, dass der Mikrodüse des Impaktors eine kritische Düse nachgeschaltet wird. Hierdurch erreicht man definierte Druckverhältnisse innerhalb des Impaktorgehäuses und es lässt sich eine Aufweitung des aus der Mikrodüse austretenden Gasstrahls vermeiden. Das ist insbesondere dann von besonderem Vorteil, wenn mehrere Mikrodüsen innerhalb des Impaktors verwendet werden.
In vorteilhafter Weise ist als Auswertemittel ein Kondensator vorgesehen, dessen Kapazität sich entsprechend der abgeschiedenen Menge von Ölpartikeln verändert. Der Kondensator ist zweckmäßigerweise direkt im Bereich des aus der Mikrodüse austretenden Gasstrahls angeordnet. Der Kondensator kann die frequenzbestimmende Komponente eines Schwingkreises sein, so dass die abgeschiedene Ölmenge über die Frequenzverstimmung bestimmt werden kann.
Alternative Auswertemittel sind eine Kapillare, die das Öl aufsaugt oder eine Elektrodenanordnung, mit der die Leitfähigkeitsänderung aufgrund der abgeschiedenen Ölmenge bestimmt wird, oder optische Bildwandler z.B. in Form eines CCD-Chips.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur selektiven Bestimmung der Menge von Ölnebel in einer Gasprobe besteht aus den Schritten, mit einer Mikrodüse ein vorbestimmtes Prüfgasvolumen zu dosieren, auf einer der Mikrodüse nachgeschalteten Prallplatte, welche aus einer Glasplatte besteht, die abströmseitig der Mikrodüse mattiert, aufgeraut oder mit saugfähigem Material versehen ist, nach dem Impaktorprinzip Ölpartikel abzuscheiden und über eine Sichtfenster an der der zur Mikrodüse abgewandten Seite der Prallplatte die Menge an abgeschiedenen Ölpartikeln zu bestimmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur gezeigt und im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
1 schematisch den Aufbau eines Impaktors,
2 einen Impaktor in perspektivischer Ansicht,
3 den Impaktor nach der 2 im Längsschnitt,
4 eine Aufsicht auf ein alternatives Impaktorgehäuse,
5 einen Impaktor mit nachgeschalteter Düse,
6 das Druckverhältnis über der Mikrodüse eines Impaktors mit nachgeschalteter Düse.
1 veranschaulicht schematisch den Aufbau eines Impaktors 1 zur selektiven Messung der Menge von Ölnebel in einem Prüfgas. Das aus einer nicht näher dargestellten Gasquelle kommende, mit Ölpartikeln 2 beladene Gas 3 durchströmt eine Mikrodüse 4 und wird an einer transparenten Prallplatte 5 im rechten Winkel zur Einströmungsrichtung umgelenkt. Aufgrund der sich abrupt ändernden Strömungsrichtung können die Ölpartikel 2 nicht mehr der Strömung folgen und werden auf einem saugfähigen Material 6 an der Prallplatte 5 abgeschieden. Die Ölpartikel 2 werden auf dem Material 6 gesammelt. Es entsteht auf dem Material 6 hierbei ein Ölfleck, dessen Größe über ein Sichtfenster 7 wahrnehmbar ist. Der Durchmesser des Ölfleckes ist ein Maß für die Menge des abgeschiedenen Ölaerosols.
Bei der Durchführung der Messung wird zunächst die Konzentration an Ölaerosol festgelegt, die überprüft wird, also zum Beispiel der Grenzwert in Atemluft für Taucher von 0,5 Milligramm pro m³ beziehungsweise 0,5 Mikrogramm pro Liter. Bei dieser Konzentration würden sich dann bei einem Gasfluss von 1 Liter pro Minute 0,5 Mikrogramm pro Minute abscheiden. Einen vorher kalibrierten Standardfleck von 5 Mikroliter Öl hätte man also nach 5 Minuten. Ist der Fleck kleiner als der Standardfleck, dann ist der Grenzwert nicht erreicht. Möchte man andere Konzentrationen messen, dann muss die Messzeit entsprechend angepasst werden. Bei einem Grenzwert von 0,1 Mikrogramm pro Liter für Druckluft in Krankenhäusern muss die Messzeit 25 Minuten betragen. Hierzu bringt man eine Markierung für den Standardfleck an oder man nimmt als Kriterium Ölfleck sichtbar – ja oder nein. Die Sichtbarkeitsgrenze des Ölflecks als Kriterium zu nehmen, hat den Vorteil sehr kurzer Messzeiten. Allerdings ist das Ergebnis stärker vom Benutzer beziehungsweise dessen Sehschärfe abhängig.
Eine alternative Möglichkeit besteht darin, eine feste Messzeit vorzuschreiben und eine Skala innerhalb des Sichtfensters 7 vorzusehen, mit der der Durchmesser des Ölfleckes bestimmt werden kann.
2 veranschaulicht in perspektivischer Ansicht den Impaktor 1 entsprechend der 1 mit einem Anschluss 8 für das zu untersuchende Prüfgas. Der Impaktor 1 besteht aus einem Impaktorgehäuse 9 und einem Schnappring 10 mit dem Sichtfenster 7, wobei die Prallplatte 5 mit dem Schnappring 10 an dem Impaktorgehäuse 9 fixiert wird.
3 zeigt den Impaktor 1 nach der 2 im Längsschnitt. Gleich Komponenten sind mit gleichen Bezugsziffern der 1 und 2 bezeichnet. Bei der in den 2 und 3 gezeigten Ausführung des Impaktors hat die Mikrodüse 4 einen Durchmesser von 127 Mikrometer.
4 zeigt eine Aufsicht auf ein alternatives Impaktorgehäuse 11, bei dem anstelle einer mittig angeordneten Impaktordüse 4 entsprechend der 3, eine Vielzahl von Mikrodüsen 12 kreisförmig angeordnet sind. In Form einer Schwellwertkalibrierung sind die Abstände zwischen zwei Mikrodüsen 12 derart bemessen, dass, bezogen auf eine vorbestimmte Messzeit, festgestellt wird, ob mehrere von dem Mikrodüsen 12 erzeugte Ölflecke zu einem großen Ölfleck zusammengelaufen sind.
5 veranschaulicht schematisch eine alternative Ausführungsform eines Impaktors 13, bei dem das Prüfgas hinter der Mikrodüse 4 über eine nachgeschaltete kritische Düse 14 abströmt. Gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugsziffern der 2 und 3 bezeichnet.
Die Nachschaltung einer gesonderten kritischen Düse 14 ist aus folgenden Gründen vorteilhaft. Das Impaktorgehäuse 9 wird aus Kostengründen zweckmäßigerweise als Einwegteil produziert. Da die Mikrodüse 4 den Prüfgasfluss bestimmt, muss diese sehr präzise gefertigt werden, was die Produktionskosten erhöht. Die nachgeschaltete kritische Düse 14 ist fast unbegrenzt wiederverwendbar und kann fester Bestandteil einer in der 5 nicht näher dargestellten Prüfeinrichtung sein. Wenn die Mikrodüse 4 ohne nachgeschaltete Düse 14 im überkritischen Bereich verwendet wird, weitet sich der Gasstrahl 3 hinter der Mikrodüse 4 auf, was zu einer geringeren Abscheideleistung führen kann. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Nachschaltung einer kritischen Düse 14 verhindert den überkritischen Betrieb und bewirkt einen konstanten Druckabfall über der Mikrodüse 4.
In der 6 ist das Druckverhältnis p_A I p_E über der Mikrodüse 4 mit nachgeschalteter kritischer Düse 14 in Abhängigkeit vom Eingangsdruck p_E [bar] veranschaulicht. Dabei ist p_A entsprechend der 5, der Druck am Ausgang der Mikrodüse 4. Der Druck am Austritt der kritischen Düse 14 beträgt 0,2 bar. Wenn beispielsweise der Eingangsdruck p_E vor der Mikrodüse 4 um 50 % erhöht wird, von beispielsweise 1 bar auf 1,5 bar, fällt das Druckverhältnis p_A I p_E um weniger als 4 %.

Claims

Vorrichtung zur selektiven Bestimmung der Menge von Ölnebel in einer Gasprobe mit einem Impaktor (1, 13), welcher mindestens eine Mikrodüse (4, 12) zur Dosierung eines vorbestimmten Prüfgasvolumens aufweist, einer Prallplatte (5) strömungsabwärts der Mikrodüse (4, 12) zur Abscheidung von Ölpartikeln (2), welche aus einer Glasplatte besteht, die abströmseitig der Mikrodüse (4, 12) mattiert, aufgeraut oder mit saugfähigem Material (6) versehen ist und mit einem Sichtfenster (7) an der zur Mikrodüse (4) abgewandten Seite der Prallplatte (5) als Auswertemittel.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Sichtfensters (7) eine Skalierung zur Ermittlung eines Ölaerosol-Grenzwertes vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Mikrodüsen (12) in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster ein Kreis, ein Quadrat, ein Rechteck, ein Dreieck, ein Symbol oder ein Buchstabe ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrodüse (4, 12) des Impaktors (1, 13) eine kritische Düse (14) nachgeschaltet ist
Verfahren zur selektiven Bestimmung der Menge von Ölnebel in einer Gasprobe mit den Schritten mit einer Mikrodüse (4, 12) ein vorbestimmtes Prüfgasvolumen zu dosieren, auf einer der Mikrodüse (4, 12) nachgeschalteten Prallplatte (5), welche aus einer Glasplatte besteht, die abströmseitig der Mikrodüse (4, 12) mattiert, aufgeraut oder mit saugfähigem Material (6) versehen ist, nach dem Impaktorprinzip Ölpartikel (2) abzuscheiden und über ein Sichtfenster (7) an der der zur Mikrodüse (4, 12) abgewandten Seite der Prallplatte (5) die Menge an abgeschiedenen Ölpartikeln zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Menge der abgeschiedenen Ölpartikel der Durchmesser eines Ölfleckes ausgewertet wird.