DE1090882B - Vorrichtung zum Nachweis oxydierbarer Gase in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphaere - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis oxydierbarer Gase, wie Kohlenmonoxyd, in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre und ist insbesondere für den Nachweis gefahrbringender Konzentrationen dieses Gases in geschlossenen Räumen, z. B. in Gruben, geeignet. Es ist oft von größter Wichtigkeit, die Konzentration derartiger Gase in einer gegebenen Atmosphäre zu bestimmen, damit eine brauchbare und schnelle Warnung erreicht werden kann, wenn die Gaskonzentration auf eine gefahrbringende Höhe ansteigt; z. B., wenn ein Feuer ausgebrochen ist an den Arbeitsstätten einer Grube oder ähnlichem oder in Garagen oder Motorenprüfhallen, wo beispielsweise eine gefahrbringende Kohlenoxydkonzentration ebenfalls leicht auftritt.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt. Bei einer solchen bekannten Anordnung ist ein Katalysator zwischen zwei in Differenzschaltung liegenden Thermoelementen angeordnet. Die Thermoelemente und der Katalysator werden von einer Heizeinrichtung auf ao erhöhter Temperatur gehalten und die Gase am Katalysator einer Nachverbrennung unterwarfen. Die von der Heizeinrichtung nach außen abgestrahlte Wärme wird von einem Schlangenrohr aufgenommen, durch das die Gase dem Reaktionsraum zugeführt und damit entsprechend vorgewärmt werden. Die bei der Verbrennung auftretende Temperaturdifferenz an den Thermoelementen wird zur Herstellung vorhandener oxydierbarer Gase herangezogen. Bei einer anderen bekannten Anordnung dieser Art werden die zu untersuchenden Gase vor Einleiten in die eigentliche Meßapparatur zunächst auf eine vorbestimmte Temperatur vorgewärmt.

Bei einem anderen bekannten derartigen Gasanalysengerät ist in einem Körper aus wärmeisolierendem Material ein Meßkanal vorgesehen, in dem ein poröses, die Oxydation unterstützendes Material, wie Platinasbest oder Nickeloxyd auf Kieselgur und ein Paar Thermofühler in Form von Thermoelementen, angeordnet sind. Dabei sind die Thermoelemente jeweils an den Enden des Meßkanals zu beiden Seiten des Oxydationsmittels angeordnet. Das zu untersuchende Gas wird vor der Einleitung in den Meßkanal durch ein spiralförmiges Wärmetauscherrohr geleitet, welches durch Wasserdampf erhitzt wird. Die Gasprobe wird dabei auf eine Temperatur erhitzt, bei der der Einfluß eventueller Temperaturschwankungen der ankommenden Gasprobe für die Messung unberücksichtigt bleiben kann.

Es ist weiter bekannt, bei derartigen Geräten statt Thermoelemente Widerstandsfhermofühler als Indikatoren zu verwenden, die in den Zweigen einer abgeglichenen Brückenschaltung liegen. Bei einer solchen bekannten Anordnung ist jeweils einer von den beiden Vorrichtung

zum Nachweis oxydierbarer Gase
in einer Sauerstoff enthaltenden

Atmosphäre

Anmelder:
. Coal Industry (Patents) Limited, London

Vertreter: Dipl.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls

und Dipl.- Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,

Patentanwälte, München 9, Sdiweigerstr. 2

Reginald Valentine, Salford, Lancashire,

und Harry Gordon Glover,

Timperley, Chester, Cheshire (Großbritannien),

sind als Erfinder genannt worden

Widerstandsthermofühlern an den Enden eines innerhalb eines Wärmeschutzmantels vorgesehenen Meßkanals angeordnet. Der Wärmeschutzmantel besteht hier aus einem Vakuummantel. Der eine Thermofühler steht mit einem Katalysator in direkter Wärmeberührung. Der Thermofühler kann auch bei dieser bekannten Anordnung in dem Katalysator weitgehend eingebettet sein.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein robustes tragbares Instrument zu schaffen, das im Betrieb zuverlässig ist und darüber hinaus auch zufriedenstellend arbeitet, wenn es in Bewegung ist, z. B. von der Person, die die Untersuchungen vornimmt, getragen wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Schutzkörper in einem mit ihm in Wärmekontakt stehenden und sich in Richtung des Meßkanals über ihn hinaus erstreckenden Wärmeaustauschers angeordnet ist, dessen Einlaßöffnung für das zu untersuchende Gas vor dem Oxydationsmittel enthaltenden Ende des Meßkanals liegt und dessen Austrittsöffnung in das andere Ende des Meßkanals mündet.

Bei der Anordnung gemäß der Erfindung fällt eine zusätzliche Erwärmung des Gases vor seiner Nachverbrennung fort. Um bei dem tragbaren Gerät gemäß

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der Erfindung trotz geringer Größe und geringen Ge- »Anhydrone«) zur Entfernung des Wasserdampfes

wichtes und großer mechanischer Widerstandsfähigkeit und gasförmigen Ammoniaks enthält. Das gereinigte

eine hohe Meßempfindlichkeit zu erhalten, ist das Gas gelangt dann vom Behälter 66 durch die Leitung

oxydierende Material also in welchem die Reaktion 67 zum Einlaß 49 der Reaktionseinheit nach der Erzwischen dem Sauerstoff und dem Kohlenoxyd statt- 5 findung, die allgemein mit 68 bezeichnet ist.

findet, in einen Block aus wärmeisolierendem Material Der Gasauslaß 54 der Reaktionseinheit ist mit einer

eingebettet, so daß die in dem Oxydationsmaterial ent- Trockenkammer 7 verbunden, die das Eindringen von

stehende Reaktionswärme am Entweichen verhindert Feuchtigkeit verhindert, wenn der Apparat nicht in

wird. Hierdurch wird sichergestellt, daß die gesamte Betrieb ist. Von dort tritt das Gas bei 8 ins Freie,
entstehende Wärme auf den Widerstandsthermofühler io Das Mehrwegeventil 64 kann in einer anderen Stel-

zur Einwirkung kommt. Dies wiederum hat zur Folge, lung das Rohr 63 mit dem Einlaßrohr 69 eines Be-

daß die gesamte erzeugte Wärme tatsächlich für die hälters 70 verbinden, der mit granuliertem Hopkalit

Messung ausgenutzt wird und sich das neue Gleich- gefüllt ist. Das Auslaßrohr 71 des Behälters 70 ist bei

gewicht in der Meßschaltung innerhalb sehr kurzer dieser Stellung des Ventils mit dem Rohr 65 verbun-Zeit einstellen kann. Es wurde z. B. festgestellt, daß 15 den, das zum Behälter 66 führt. Wenn das Gas durch

eine Genauigkeit in der Messung von 95 %> bereits den Behälter 70 strömt, oxydiert der Hopkalit etwa

nach 3 Minuten erreicht werden konnte während bei vorhandenes Kohlenoxyd, so daß das Gas, das die

den bisherigen Geräten für diese Meßgenauigkeit eine Reaktionseinheit 68 erreicht, vollständig frei ist von

Zeit von 5 Minuten oder mehr benötigt wurde. Kohlenoxyd. In dieser Stellung kann also der anzei-

Die Ausnutzung der gesamten Wärme hat jedoch 20 gendeTeil der Vorrichtung geprüft und/oder kalibriert

nur dann Sinn, wenn dafür gesorgt wird, daß die werden.

beiden Meßstellen, abgesehen von der Reaktion, der Die eigentliche Reaktionseinrichtung 68, die in

gleichen Temperatur ausgesetzt sind. Dies wird ge- Fig. 1 gezeigt ist, weist einen Schutzkörper 3 auf, der

maß der Erfindung dadurch erreicht,' daß der Meß- aus einem zylindrischen Block 40 mit einer axialen kanal von einem Wärmeaustauscher umgeben ist, der, 25 Bohrung 41 besteht, deren Endteile 42 und 43 er-

wie oben angegeben, ausgebildet ist. Durch diese An- weitert sind. Der Block 40 ist aus wärmeisolierendem

Ordnung wird unter vorteilhaftester Raumausnutzung Material, z. B. expandiertem Ebonit,

sichergestellt, daß die beiden Meßstellen trotz strömen- Das erweiterte Ende 42 ist mit einem inerten Mate-

der Atmosphäre stets den gleichen Temperaturen aus- rial 45 gefüllt, wobei das Material durch Drahtsiebe

gesetzt sind. 30 44 an Ort und Stelle gehalten wird. Ein Wärmefühl er 4

Wenn die zu untersuchende Atmosphäre etwas erstreckt sich in den erweiterten Endteil 42 und ist

Sauerstoff enthält, kann die Luft über oder durch einen von dem Material 45 umgeben, so daß er auf Tempe-

Katalysator, z. B. durch eine Substanz, bekannt als raturänderungen in dem Material, durch das die zu

»Hopkalit«, geleitet werden, die eine Verbrennung des untersuchende Atmosphäre geleitet wird, anspricht. In

Kohlenoxydes hervorruft. Diese Verbrennung kann 35 gleicher Weise halten im Abstand angeordnete Draht-

sogar in Abwesenheit atmosphärischen Sauerstoffes gaze 46 eine Masse 6 aus Hopkalit oder einem ande-

bewirkt werden, indem die zu untersuchende Luft ren oxydierenden Material im Teil 43 zurück. Das

durch ein oxydierendes Mittel, z. B. Silberpermanga- empfindliche Ende eines anderen Wärmefühlers 5 er-

nat, geleitet wird. In dieser Beschreibung werden streckt sich in den erweiterten Endteil 43 und ist von

Katalysatoren und wärmeerzeugende Mittel zusam- 40 der Masse 6 umgeben. Das empfindliche Ende eines

menfassend als Oxydationsmittel bezeichnet. Es kann anderen Wärmefühlers 5 erstreckt sich in den erwei-

daher eine Vorrichtung verwendet werden, die Diffe- terten Endteil 43 und ist von der Masse 6 umgeben,

rentialwärmemesser enthält, die die erzeugte Wärme Der Schutzkörper 3 ist in eine Büchse 47 aus einem

messen, wenn Kohlenoxyd in Berührung mit dem Material mit großer Wärmeleitfähigkeit, z. B. Kupfer

Oxydationsmittel kommt. 45 oder Messing, eingepaßt, und diese Büchse ist von

In den Zeichnungen ist die Erfindung erläutert. einem spulenförmigen Wärmeaustauscher 48, das vor-

Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung nach zugsweise an den Behälter angelötet ist, umgeben. Das

vorliegender Erfindung; Ende 49 des Rohres 48 nahe der reaktionsfähigen

Fig. 2 zeigt eine Meßeinrichtung, die die erfindungs- Masse 6 bildet den Einlaß für das zu untersuchende

gemäße Vorrichtung als ein Bauelement enthält; 50 Gas. Das andere Ende 50 des Rohres 48 führt durch

Fig. 3 ist eine seitliche Teilansicht einer Filteran- Büchse 47 in eine Vorkammer 51., die von einem

lage für die Entfernung bestimmter unerwünschter Stopfen 52, der das Ende des Behälters 47 verschließt,

Stoffe aus der Atmosphäre, die in die Vorrichtung begrenzt wird. Das andere Ende der Büchse 47 ist mit

eintritt. einem Stopfen 53, durch den das Gasaustrittsrohr 54

Nach Fig. 2 wird die zu untersuchende Luft durch 55 ragt, verschlossen.

eine bekannte Membranpumpe 1, die von einem Die Büchse 47 und die Rohrschlange 48 sind von

Solenoidmotor la betätigt wird, in die Vorrichtung einem Wärmeisoliermantel 56, z.B. aus Baumwolle,

eingesaugt. Das Filter 58 besteht aus Glaswolle und umgeben. Ein äußeres Schutzgehäuse 55 umgibt den

Asbest zur Abscheidung von festen Teilchen. Die ge- Wärmeisoliermantel 56.

filterte Luft wird einem Behälter 60 zugeleitet, der 60 Die Buchse 47 und die Rohrschlange 48, die beide Quecksilber- und Magnesiumsulfat und Schwefel- aus gut wärmeleitendem Material hergestellt sind, säure, imprägniert auf Silicagel, enthält. Diese Kombi- stellen sicher, daß jede Temperaturänderung in der nation entfernt ungesättigte Kohlenwasserstoffe; gege- umgebenden Atmosphäre im wesentlichen gleichmäßig benenfalls kann Brom in Aktivkohle verwendet wer- weitergeleitet wird zu den beiden Wärmefühlereinden. Von dort gelangt die Luft zu einem zweiten Be- 65 heiten 4 und 5 und daher die Genauigkeit des Instruhälter 62, der Natronkalk oder Natronasbest enthält, mentes nicht beeinflußt. Darüber hinaus wirken die um Wasserdampf und saure Gase allgemein zu ent- Teile 47 und 48 als Wärmeaustauscher und Wärmefernen. Die Luft kann dann über ein Mehrwegeventil speicher und stellen sicher, daß die Lufttemperatur 64 einmal einem dritten Behälter 66 zugeführt werden, während der Zeit, in der die Luft die Vorkammer 51 der wasserfreies Magnesiumperchlorat (bekannt als 7° und die inerte Masse 45 erreicht, praktisch gleich der

Temperatur der Luft in dem Meßkanal 41 und in der Oxydationsmasse 6 ist. Der expandierte EbonitblockS sichert jedoch eine hinreichende Isolierung, um zu ermöglichen, daß die Temperatur der oxydierenden Masse als Folge der Verbrennung ansteigen kann.

In der Praxis wurde gefunden, daß es nicht ausreicht, nur den Wasserdampf aus der zu untersuchenden Luft abzuscheiden, da insbesondere in Kohlengruben die Atmosphäre Substanzen enthalten kann, die die Arbeitsweise des Oxydationsmittels beeinflussen oder die Ventile der Pumpe 1 verstopfen oder beides. Damgemäß kann das Filter, das in Fig. 3 gezeigt wird, verwendet werden. Die Wirksamkeit der Reaktionseinheit 68 wird durch die Verwendung eines Filters, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, verstärkt. Dieses Filter entfernt die festen, teerigen und flüssigen Stoffe, die in der zu untersuchenden Luft gefunden werden können, z. B. in der Nähe eines Feuers an Arbeitsstellen unter Tage oder am Auspuff von Verbrennungskraftmaschinen, von Funken- oder Kompressionszünd- motoren oder in Steuerkammern eines Kampffahrzeuges, wenn explosive Stoffe zur Detonation kommen, und hat überdies nur einen geringen Raumbedarf und geringes Gewicht.

Die Filteranlage ist in einem zylindrischen Gehäuse 110 enthalten, das an einem Ende ein Auslaßrohr 112 aufweist und am anderen Ende eine Endkappe 113 trägt. Mit der Endkappe 113 bildet ein Verteilerrohr

116 mit radial verlaufenden Flanschen 117 eine Einheit. Das Ende des Rohres 116, das aus der Endkappe 113 herausragt, bildet ein Einlaßrohr 111. Eine Wand 118 teilt das Rohr 116 in zwei Teile. Das Ende des Rohres 116, das von der Endkappe 113 entfernt ist, ist bei 119 mit einem Schraubengewinde versehen und ist in einen Sockel 120 im Auslaß rohrende des Gehäuses 110 einschraubbar. Wenn man das Rohr 120 in den Sockel einschraubt, so stellt man die Filterelemente relativ zum Gehäuse 110 ein.

Beide Teile des Rohres 116 sind mit Löchern 121 versehen. Ein mit Löchern versehener Zylinder 122 ist koaxial zum Hauptgehäuse 110 angeordnet, wobei die Innenflächen des Zylinders 122 die Radialflansche

117 berühren. Ein ringförmiger Durchtritt 123 ist somit zwischen dem Hauptgehäuse 110 und dem Zylinder 122 gebildet, wobei dieser Durchtritt 123 eine unbeschränkte Gasströmung erlaubt. Das Einlaßrohr 111 enthält eine zylindrische Rolle 124 aus Metallgaze, die als erstes Filterelement wirkt. In dem Teil zwischen der Endkappe 113 und dem Radialflansch 117, der das Rohr 116 umgibt, befindet sich ein zweites Filtermedium 125 aus grober Glaswolle, um das ein drittes Filter 126 aus miteinander verbundenen feinen Glasfasern angebracht ist.

Das Gas wird somit durch die Filter 124, 125 und und durch den gelochten Zylinder 122 in den ringförmigen Durchtritt eingesaugt und wird dann wieder durch den gelochten Zylinder 122 und durch ein viertes, fünftes und sechstes Filter 127, 128 und 129, die zusammengesetzt sind aus miteinander verbundenen feinen Glasfasern, miteinander verbundenen überfeinen Glasfasern und einem Baumwoll-Asbestfaser-Gemisch und durch die Öffnungen 121 in dem Rohr zu dem Auslaßrohr 112 hindurchgesaugt.

Es ist ersichtlich, daß die Öffnungen 121 in jedem Teil des Rohres 116 zentral angebracht sind. Daher muß das zu filtrierende Gas sowohl auf der Einlaß- als auch auf der Auslaßseite des Filters das Zentrum der Filtermedien passieren.

Als Beispiel besitzt die Filterbauart, die in Fig. 3 gezeigt ist, eine Filterlänge von 10 cm mit einem ungefähren Durchmesser von 6 cm, um ein Volumen von annähernd 275 ecm zu ergeben. Der Druck quer durch ein solches Filter beträgt bei einer Gasströmung von ml je Minute 2 mm Wassersäule.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Nachweis oxydierbarer Gase, wie Kohlenmonoxyd, in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre, bei der jeweils einer von zwei Widerstandsthermofühlern an den Enden eines innerhalb eines Schutzkörpers aus wärmeisolierendem Material vorgesehenen Meßkanals angeordnet ist, von denen der eine Fühler in ein Oxydationsmittel eingebettet ist und beide Thermofühler über eine Differentialschaltung und einen Verstärker mit einer Anzeigevorrichtung in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzkörper (3) in einem mit ihm in Wärmekontakt stehenden und sich in Richtung des Meßkanals (41) über ihn hinaus erstreckenden Wärmeaustauscher (47, 48) angeordnet ist, dessen Einlaßöffnung für das zu untersuchende Gas vor dem das Oxydationsmittel (6) enthaltenden Ende des Meßkanals liegt und dessen Austrittsöffnung (50) in das andere Ende des Meßkanals mündet.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 573 826, 898 089, 266046;

   österreichische Patentschrift Nr. 151 746; britische Patentschriften Nr. 654 055, 597 420; USA.-Patentschrift Nr. 2 393 092.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 009 627/216 10.60