DE1092235B - Geraet zum Aufspueren oder Messen des Gehaltes brennbarer Bestandteile in Gasen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Aufspüren brennbarer Bestandteile in Gasen oder Gasmischungen, wie etwa Luft. Sie betrifft auch ein Gerät zum Messen des Gehaltes solcher brennbaren Bestandteile.

Bisher wurden verschiedene Vorrichtungen für das Aufspüren der Anwesenheit brennbarer Bestandteile in gasförmigen Gemischen vorgeschlagen, die auf dem Prinzip der Heizdrahtwiderstandsbrücke beruhen.

Es ist auch weiter bekannt, Gase mit einem Gehalt an Halogendampf durch den Ringraum zwischen zwei ineinandergesteckten Zylindern zu leiten, dabei den Innenzylinder zu heizen und an die beiden Zylinder eine Spannung zu legen, die in Verbindung mit der Sensibilisierung des einen Zylinders einen Strom hervorruft, der ein Maß für die durch den Gehalt an Halogendampf hervorgerufene Ionisation im Ringraum ist. Dieses Gerät ist auf die Anzeige von Halogendampf beschränkt und leitet das Meßergebnis unmittelbar von einem Ionisierungsstrom, nicht jedoch von einer über den Gasstrom hinaus reichenden Strahlung ab. Ein ähnliches Verfahren ist für das Aufspüren von Verunreinigungen in atmosphärischer Luft bekannt. Dabei wird jedoch unmittelbar der elektrische Widerstand in einer Flamme, die in der zu untersuchenden Luft brennt, gemessen.

In einem vorbekannten Gasanalysator wird das zu untersuchende Gas von einem Alphastrahler ionisiert, und das Maß der Ionisation wird mittels eines Geiger-Müller-Zählrohres festgestellt. Das Zählrohr liegt dabei im Gasstrom, und seine Kollektorelektrode wird unmittelbar von den Ionen getroffen. Das Rohr dient also zur Feststellung der Anzahl der Ionen des einen oder anderen Gases des Gasgemisches pro Zeiteinheit.

Das Gerät zum Aufspüren oder Messen des Gehaltes brennbarer Bestandteile in Gasen aus ihrer ultravioletten Ionisationsstrahlung hat eine eine Zündzone aufweisende Prüfkammer, einen in der Zündzone angeordneten Zünder und eine Einrichtung für das Zuführen einer Probe oder eines kontinuierlichen Stromes des Gases; es zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß ein für ultraviolette Strahlen empfindliches Elektronenzählrohr, beispielsweise ein Geigerzähler, in einer solchen Anordnung vorgesehen ist, daß sämtliche von den brennbaren Bestandteilen emittierte Strahlen auf das Zählrohr treffen, und wobei das Zählrohr an einen Verstärker angeschlossen ist, der ein zur Konzentration der brennbaren Bestandteile proportionales Ausgangssignal an eine Anzeigevorrichtung weitergibt.

Ein' solches Gerät läßt sich als ein gedrungener, robuster und genau arbeitender Detektor ausführen, der im wesentlichen augenblicklich mit einem Minimum an Einstellungen in Betrieb genommen werden kann und eine verhältnismäßig kleine Leistung Gerät zum Aufspüren oder Messen

des Gehaltes brennbarer Bestandteile

in Gasen

Anmelder:

Minneapolis-Honeywell

Regulator Company,
Minneapolis, Minn. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Rathmann, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Neue Mainzex Str. 40-42

Donald R. Blumer, St. Paul, Minn. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

aufnimmt. Das Gerät läßt eine kontinuierliche Arbeitsweise zu. Dies ist vorteilhaft, wenn die zu untersuchenden Gase verschiedener Stellen fortlaufend und periodisch geprüft werden sollen. Es kann auch beispielsweise für die Untersuchung verschiedener Räume gelten, in deren Atmosphäre möglicherweise brennbare Bestandteile auftreten.

Das Meßergebnis, welches das Gerät nach der Erfindung liefert, kann eine Signal- oder Alarmanlage in Tätigkeit setzen, sofern der in einer der verschiedenen Atmosphären vorhandene Anteil an brennbaren Bestandteilen eine bestimmte Konzentration überschreitet, die beispielsweise auf 10 oder 20% der unteren Explosionsgrenze einer Mischung aus Kohlenwasserstoff und Luft festgelegt werden kann. Das Gerät kann aber auch für eine kontinuierliche Aufzeichnung der an einer bestimmten Stelle während einer vorgegebenen Dauer vorhandenen Mengen brennbarer Bestandteile benutzt werden.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung eine Ausführungsform der Erfindung als Beispiel näher beschrieben. Es zeigt

Fig". I einen senkrechten Schnitt durch das Gerät, Fig. 2 einen Schnitt in der Ebene 2-2 der Fig. 1 und Fig. 3 eine Darstellung der Heizeinrichtung des Gerätes.

Das in Fig. 1 gezeigte Gerät zum Aufspüren brennbarer Bestandteile weist eine Prüfkammer oder einen Prüfraum 10 auf, der mit Durchlässen 11 und 12 in

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den Wänden versehen ist. Die Durchlässe nehmen transparenten Quarzrohr bestehen, welches sich be-Έΐη- und Auslaßkanäle 13 bzw. 14 auf. Der Einlaß- sonders zur Übertragung ultravioletter Strahlung kanal steht in Verbindung mit einem Verteilerstutzen eignet. Für diesen Zweck eignet sich besonders ein 15, der einzelne Probenkanäle 16 und 17 hat, durch 96°/»iges Silikaglas, das aus Hartglas durch Ausdie Gase von verschiedenen Proberäumen geleitet 5 treiben von Verunreinigungen und durch Wiederwerden. Die Kanäle haben vorzugsweise kleine Quer- erhitzen hergestellt ist, so daß seine Eigenschaften Schnittsflächen, damit die darin zurückgehaltene Gas- denen des Quarzes sehr nahe kommen. Über die menge so klein wie möglich ist. Eine Pumpe 19 dient Drähte 25 und 26 wird die elektrische Energie zu der Bewegung des Gases durch dieses System. In einer Vorheizzone 28 und einer Zündzone 29 geleitet. Strömungsrichtung von der Pumpe aus gesehen liegt io Der Vorheizer 28 hat mehrere verhältnismäßig lose ein Strömungsmesser 20, in dem beispielsweise ein gewickelte Drahtspulen 30 mit hohem elektrischem Nadelventil die durch den Detektor fließende Gas- Widerstand, während die Zündspule eine verhältnismenge reguliert. Noch weiter stromabwärts ist eine mäßig lose gewundene Spirale aus gewendeltem Draht Rückzündungssperre 21 angebracht, die beispielsweise 31 ist. Diese Vorheiz- und Zünderspulen werden von ein konischer Schirm mit feinen Maschen von 38 bis 15 einem oder mehreren entsprechend hitzebeständigen 80 Maschen/cm oder ein loser Pfropfen aus feinem Kernen getragen. Der Vorheizer 28 heizt das durch Kupferdraht sein kann. Das Einlaßsystem endet in die Zone hindurchströmende Gas auf eine Temperatur, einer Heizdrahteinrichtung 22, die über Drähte 25 die nahe bei der notwendigen Zünd- oder Oxydationsund 26 von einer elektrischen Stromquelle 27 mit temperatur irgendeines brennbaren Stoffes, der in der Energie versorgt wird. Die Zündung der in die Ein- 20 Probe vorhanden sein kann, liegt. Die Zündung gerichtung 22 gelangenden Gase wird dort bewirkt, so schient in der Zone 28, wodurch eine Emission ultradaß die ultraviolette Strahlung der gezündeten Gase violetter Strahlung hervorgerufen wird,
von der Einrichtung 22 ausgeht. Wenn der Wunsch besteht, bei zu großer Konzen-

Der Auslaß 14 gestattet eine Gasströmung durch tration brennbarer Bestandteile ein Relais für das System und weist ebenfalls eine Rückzündungs- 25 akustischen Alarm zu betätigen, kann für die Besperre 18 auf. Stimmung der mittleren Impulsfolge oder -intensität - Um die ultraviolette Strahlung auf den empfind- über einen vorgegebenen Zeitraum ein die Impulse liehen Fühlerteil 35 α eines Geigerrohres 35 zu richten, integrierender Verstärker verwendet werden. Ein in ist ein Parabolreflektor 33 vorgesehen. Die Vorrich- dem Stromkreis befindliches Relais kann so eingestellt tung 22 ist so angebracht, daß ihr Zündende 24 30 werden, daß es anzieht, wenn eine bestimmte (Fig. 3) etwas außerhalb des Brennpunktes des Re- Strahlungsintensität auftritt. Es kann beispielsweise flektors 33 liegt, damit die Strahlung auf den empfind- durch eine Brückenverstimmung erregt werden, die liehen Teil 35 a des Geigerrohres 35 konzentriert oder auf irgendeinen vorgegebenen Intensitätspegel der fokussiert wird. Für das starre Halten des Parabol- Strahlung eingestellt ist. Als Intensitätsmesser in reflektors in seiner Lage innerhalb des Gehäuses 10 35 diesem Verstärkerkreis kann ein Mikroamperemeter ist eine Befestigung 34 vorgesehen. Die Zündeinrich- benutzt werden, um die Konzentration von Kohlentung 22 ist ebenfalls starr gehalten und an der Gas- Wasserstoffen oder einem anderen brennbaren Bestandeinlaßleitung 11 mittels eines Verbinders befestigt, teil in dem Gasstrom anzuzeigen,
durch den die elektrischen Leitungen zur Zündspule Bei Betrieb des Gerätes wird eine Probe eines Gases mittels einer gasdichten elektrisch-isolierten Durch- 40 aus einer entfernt liegenden Zone oder einem solchen führung geführt sind. Raum durch einen der Probenkanäle 16, 17 geführt,

Das Geigerrohr 35 ist so befestigt, daß es auf den wobei die Probenauswahl oder Strömung durch

Punkt weist, in dem die Oxydation der brennbaren Ventile 16 a, 17 a gesteuert wird. Das Gas wird mittels

Bestandteile in der Verbrennungszone der Heiz- der Pumpe 19 durch das System getrieben. Die

einrichtung stattfindet. Das Rohr ist gegen Über- 45 Strömungsgeschwindigkeit wird durch das Ventil in

hitzung infolge der von den Heizdrähten und heißen dem Strömungsmesser 20 gesteuert. Während des

Gasen kommenden Wärme mittels einer Hülse 35 b Betriebes ist es erwünscht, die Strömungsgeschwin-

geschützt, die eine gute Wärmeleitfähigkeit hat und digkeit auf einem vorbestimmten festen Wert zu

durch äußere Kühlrippen od. dgl. zur Kühlung einge- halten. Nachdem das Gas den Strömungsmesser 20

richtet werden kann. Das Geigerrohr 35 spricht nicht 50 durchflossen hat, wird es dann durch das System nach

merklich auf infrarote oder Schwarzkörperstrahlung oben zur Zündeinrichtung 22 bewegt. Bei Bedarf kann

an, die durch die glühende Heizspule in der Zündzone die Lage von Pumpe und Strömungsmesser in der

des Detektors erzeugt wird. Der Geigerrohrdetektor Leitung umgekehrt werden.

35, der von einer geeigneten, nicht dargestellten elek- In der Probe vorhandene brennbare Bestandteile irischen Spannungsquelle gespeist wird, ist elektrisch 55 werden an der Zünderspule 31 gezündet oder oxydiert, an einen Verstärker 36 angeschlossen, der seinerseits Im Verlauf dieser Oxydationsreaktion wird ultramit einem Intensitätsmesser und nicht/oder Alarm- violette Strahlung emittiert. Diese wird von dem relais 37 in Verbindung steht. Der Intensitätsmesser Geigerrohr aufgegriffen oder erfaßt, und die oder das Alarmrelais 37 zeigt die Intensität der ultra- Emissionsstärke wird dann durch den Intensitätsvioletten Strahlung an, die durch das Geigerrohr 35 60 messer oder das Alarmrelais wiedergegeben,
erfaßt oder aufgespürt wird. Die Vorrichtung ist in der Lage, außerordentlich

In Fig. 3 ist eine Zünder- oder Heizeinrichtung 22 kleine Mengen brennbarer Bestandteile oder Gase, die

dargestellt, die als Abschlußteil oder Endteil des in irgendeiner der Prüfung unterzogenen vorge-Einlaßsystems verwendbar ist. Diese Einrichtung hat gebenen Atmosphäre vorhanden sind, aufzuspüren,

eine Schale oder ein Gehäuse 23, das in einem ver- 65 Unter den brennbaren Stoffen, die durch diese Vorstärkten oder erweiterten Ende 24 endet. Dieses ist richtung erfaßt werden können, sind aliphatisch^ und aus einem Stoff hergestellt, der ultraviolette Strahlung aromatische Kohlenwasserstoffe, Alkohol, Ätherübertragen kann. Das obere Ende des Gehäuses 23 ist dämpfe, verschiedene andere organische Dämpfe und

offen, so daß das Gas dort frei ausströmen kann. Das brennbare Stäube. Es wurde festgestellt, daß beim Gehäuse 23 und 24 kann beispielsweise aus einem 70 Aufspüren der Anwesenheit von Aliphaten im Bereich

von Methan, der Hauptkomponente der Naturgase, bis zu schwereren Kohlenwasserstoffen, wie etwa Dodekanen, die Vorrichtung zur Bestimmung des Prozentsatzes der Konzentration der unteren Explosionsgrenze für verschiedene Gase universell mit beachtlicher Genauigkeit geeicht werden kann, ohne daß eine Nacheichung erforderlich wird. Da die untere Explosionsgrenze dieser Gase in Luft, ausgedrückt in Volumprozenten von Kohlenwasserstoff in Luft, mit steigendem Molekulargewicht abnimmt, tritt für jedes im wesentlichen die gleiche Intensität ultravioletter Strahlung bei gleichem relativem Verhältnis der unteren Explosionsgrenze auf.

Die untere Entflammbarkeitsgrenze (U. E. G.) in Prozenten der Kohlenwasserstoffgase in Luft wird für aufwärtsgerichtete Flammenausbreitung in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Daraus ist erkennbar, daß sich das mathematische Produkt der U. E. G. und der Zahl der Kohlenstoffatome ebenso wie das Produkt aus der U. E. G. und dem Molekulargewicht unter den verschiedenen Kohlenwasserstoffen in nicht zu weiten Grenzen ändert.

U.E.G.%

U. E. G. mal Zahl der C-Atome

U. E. G. mal Molekulargewicht

Methan
Äthan .
Propan
Butan .
Pentan
Hexan
Heptan
Octan .
Nonan

Decan .,

5,3 3,0 2,2 1,9 1,5 1,2 1,2 1,0 0,8

(geschätzt) 0,8

5,3·	1 = 5,3
3,0·	2 = 6,0
2,2·	3 = 6,6
1,9·	4 = 7,6
1,5·	5 = 7,5
1,2·	6 = 7,2
1,2·	7 = 8,4
1,0·	8 = 8,0
0,8·	9 = 7,2

5,3
3,0
2,2
1,9
1,5
1,2
1,2
1,0
0,8

16,04:

30,07 =

44,09 =

58,12 =

72,15 ■■

86,17 =

100,20 =

114,23 ■■

128,25 =

85,0

90,2

97,0

110,4

108,2

103,4

120,2

114,2

102,6

0,8 · 10 = 8,0

0,8 · 142,28 = 113,8

Die ultraviolette Strahlung, die beispielsweise aus einem bei 10% der unteren Entflammbarkeitsgrenze liegenden Luftgemisch mit Äthan gewonnen wird, nimmt im wesentlichen den gleichen Bereich ein wie die aus einem ähnlichen Gemisch mit Dekan erzielbare Strahlung. Nimmt man an, daß sich eine vorgegebene Kohlenwasserstoffmischung wie ein ideales Gas verhält, so ist der Volumprozentsatz eines gegebenen Kohlenwasserstoffgases in einem Gemisch proportional der molaren Konzentration dieses besonderen Gases. Weiterhin ist das Produkt aus der molaren Konzentration eines gegebenen Gases und seinem Molekulargewicht proportional dem wirklichen Gewicht dieses Gases in einem vorgegebenen Gemisch. Aus der Tabelle ist erkennbar, daß die U. E. G. eines Gases mit zunehmendem Molekulargewicht abnimmt. Für irgendeinen Kohlenwasserstoff außerhalb der angegebenen Kohlenwasserstoffreihe, der in einem Gasgemisch in einer seiner unteren Entflammbarkeitsgrenze entsprechenden Menge vorhanden ist, ist das wirkliche Gewicht des Kohlenwasserstoffes im wesentlichen das gleiche, und zwar unabhängig von dem vorhandenen spezifischen Kohlenwasserstoff. Ein vorgegebenes Kohlenwasserstoffgemisch sollte mit der Ausstreuung einer im wesentlichen gleichen Menge von Wärme- und ultravioletter Strahlung verbrennen. Die Beziehung wird noch genauer mit zunehmendem Molekulargewicht, da das Verhältnis von Wasserstoff zu

60

mit

Kohlenstoff unter den einzelnen Wasserstoffen höherem Molekulargewicht konstanter wird.

Für andere brennbare oder explosive Gemische, wie etwa Alkoholdämpfe, aromatische Dämpfe, Staub u. dgl., müssen verschiedene unterschiedliche Eichungen auf die abweichende Strahlungsintensität beim Betrieb des Gerätes unter diesen Umständen vorgenommen werden.

Wenn das Gerät als Detektor für brennbaren Staub betrieben wird, ist es erwünscht, die Lage der Pumpe zum Auslaßkanal hin zu verschieben, damit irgendwelche in der Pumpe zurückgehaltene Teilchen die Genauigkeit der erreichten Ablesung nicht beeinträchtigen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Gerät zum Aufspüren oder Messen des Gehaltes brennbarer Bestandteile in Gasen aus ihrer ultravioletten Ionisationsstrahlung, mit einer eine Zündzone aufweisenden Prüfkammer, einem in der Zündzone angeordneten Zünder sowie einer Einrichtung für das Zuführen einer Probe oder eines kontinuierlichen Stromes des Gases, gekennzeichnet durch ein für ultraviolette Strahlen empfindliches Elektronenzählrohr, beispielsweise einen Geigerzähler, in einer solchen Anordnung, daß sämtliche von den brennbaren Bestandteilen emittierten Strahlen auf das Zählrohr treffen und wobei das Zählrohr an einen Verstärker angeschlossen ist, der ein zur Konzentration der brennbaren Bestandteile proportionales Ausgangssignal an eine Anzeigevorrichtung weitergibt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zählrohr gegen die infraroten Strahlen unempfindlich aufgebaut ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine vor der Zündzone angeordnete, mit einer elektrischen Widerstandsheizwicklung versehene Vorheizzone.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konzentration der in der Zündzone emittierten Strahlungen auf dem Zählrohr ein Reflektor vorgesehen ist.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zählrohr

mit Ausnahme seines ansprechempfindlichen Teiles gegen Strahlung abgeschirmt ist.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einlaßverteilerstutzen für das gasförmige Medium vorgesehen und so ausgebildet ist, daß Anschlüsse für die fortlaufende Entnahme von Gasproben aus

mehreren verschiedenen gegeben sind.

Kammern oder Räumen

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 907 223; französische Patentschrift Nr. 969 785; USA.-Patentschrift Nr. 2 740 894.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen