DE1122287B

DE1122287B - Diffusionsverfahren zum Messen des Wasserdampfgehaltes eines stroemenden Gases

Info

Publication number: DE1122287B
Application number: DEN15808A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Brasseur; Georges Le Gargasson; Jean Robert Perilhou
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1957-11-04
Filing date: 1958-11-03
Publication date: 1962-01-18

Description

Diffusionsverfahren zum Messen des Wasserdampfgehaltes eines strömenden Gases Die Erfindung betrifft ein Diffusionsverfahren zum Messen des Wasserdampfgehaltes eines strömenden Gases, insbesondere für Anlagen, in denen der vorhandene Wasserdampf Korrosion herbeiführen könnte.
Es ist bereits bekannt, das Vorhandensein von Wasserdampf mit Hilfe einer dünnen Phosphorpentoxydschicht zu messen, in der das Wasser Elektrolyse herbeiführt. Selbst bei einer Konzentration eines Teiles auf eine Million z. B. ist die Ansprechzeit bei einer Verdopplung der Konzentration mehrere Zehner-Sekunden. Dies ist jedoch für manche Anwendungen viel zu träge, z. B. zur Anzeige von Wasserdampf in Kohlensäuregas, das als Wärmetransportmittel in einem Kernreaktor verwendet wird.
Es ist auch bekannt, den Partialdruck des Wasserdampfes z. B. in der Atmosphäre mit Hilfe einer halbdurchlässigen Wand zu messen. Auch dieses Verfahren ist für technische Anlagen, die genau kontrolliert werden müssen, wegen seiner Trägheit ungeeignet.
Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren mit einer gegenüber den bekannten Verfahren kürzeren Ansprechzeit und einer höheren Empfindlichkeit zu schaffen.
Bei einem Verfahren zum Messen des Wasserdampfgehaltes eines strömenden Gases wird nach der Erfindung der Wasserdampf unter Bindung des Sauerstoffes in an sich bekannter Weise zersetzt und anschließend der dem Wasserdampfgehalt proportionale Druck des frei gewordenen Wasserstoffes nach dessen Diffusion durch eine halbdurchlässige Wand hindurch in an sich bekannter Weise bestimmt.
Da hier im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren kein Wasser, sondern Wasserstoff durch die halbdurchlässige Wand diffundiert, arbeitet das Verfahren sehr schnell und doch genau. Der geeignetste Stoff für die halbdurchlässige Wand ist Palladium.
Wenn im strömenden Gas freier Sauerstoff und/ oder Wasserstoff vorhanden sind, sollen gemäß der Erfindung die Einflüsse dieser Gase auf die Messung in einer der gewählten Druckbestimmungsmethode angepaßten Weise ausgeschaltet werden. Am glühenden Palladium bildet sich nämlich aus Sauerstoff und Wasserstoff Wasser, was ein falsches Meßergebnis bei der Bestimmung des Wassergehaltes ergeben würde.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung kann der freie Wasserstoff vor dem Zersetzen des Wassers oder in einer Parallelströmung gemessen und der Gesamtdruck von Wasserstoff differentiell gegenüber dem des freien Wasserstoffes gemessen werden.
Im letzteren Falle kann nach der Erfindung die Entfernung des freien Sauerstoffes unterlassen werden, wenn dessen Gehalt weniger als die Hälfte des freien Wasserstoffes beträgt.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung stellt dar Fig. 1 ein Schema einer Meßvorrichtung, welche nach dem Verfahren gemäß der Erfindung arbeitet.
Bei dieser Vorrichtung sind sämtliche Einzelteile nacheinander geschaltet, Fig. 2 den eigentlichen Meßteil von Fig. 1, Fig. 3 ein Schema einer Meßvorrichtung, bei welcher mit einer parallelen Gasströmung gearbeitet wird.
In Fig. 1 bezeichnet 8 die Leitung, in der die zu prüfende Gasströmung gemäß dem Pfeil verläuft.
6 und 7 sind die Anschlüsse einer Parallelleitung 5, welche an erster Stelle eine Vorrichtung 10 zum Entfernen des freien Sauerstoffes aus der Gasströmung enthält. Die Vorrichtung 10 besteht aus einem halbdurchlässigen Rohr 11, vorzugsweise aus Silber, welches sich auf einer Temperatur von 7000 C in einem entlüfteten Raum 12 befindet. Sauerstoff diffundiert durch Silber bei 7000 C leicht nach außen und wird dann von der Pumpe 13 abgeführt. 14 bezeichnet eine Kühlvorrichtung. In der Vorrichtung 15 wird der freie Wasserstoff dadurch entfernt, daß man das Gas durch ein Rohr 16 aus Eisen, Nickel oder Palladium auf 3500 C strömen läßt. Der freie Sauerstoff muß vorher entfernt sein, da sonst am glühenden Metall Palladium aus Sauerstoff und Wasserstoff Wasser entstehen könnte. In 17 befinden sich Stoffe, die aus Wasser schnell Sauerstoff aufnehmen können. Beispiele solcher Stoffe sind: Erdalkali- oder Alkalihydride, die unter der Bildung von Oxyden mit Wasser reagieren. Auch können Eisen oder Kupfer in feinverteiltem Zustand oder Alkalimetalle selbst gewählt werden. Als Beispiel kann Natrium gewählt werden, gegebenenfalls mit Blei legiert, und zwar in flüssigem Zustand bei der gewünschten Reaktionstemperatur, so daß man die Gasströmung hindurchführen kann. Gegebenenfalls muß damit Rechnung getragen werden, daß nur die Hälfte des Wasserstoffes freikommt.
Kohle, Silizium oder Boriumin rotglühendem Zustand können auch zur Aufnahme des Sauerstoffes aus dem Wasser dienen. Weiterhin kann Vanadiumoxyd und auch UO2 und MnO gewählt werden, welche durch Reaktion mit Wasser in U3O8 und MnO2 übergehen.
Weiterhin können besondere Gemische auf Aluminiumbasis gewählt werden, in denen die Aluminiumoxydschicht mit Hilfe von Quecksilberchlorid oder Natriumcyanid entfernt wird.
Im Teil 18 wird der Druck des freigekommenen Wasserstoffes gemessen, was an Hand von Fig. 2 näher erläutert wird. Mit dem Palladiumrohr 1 ist ein Manometer 2 verbunden. Das Palladiumrohr 1 befindet sich in einer Umhüllung 3, durch welche das Gas hindurchgeleitet wird, und 4 bezeichnet ein Heiz- oder Kühlelement. Wenn das Rohr 1 auf der richtigen Temperatur von etwa 3500 C gehalten wird, so kann bei einer Anderung des Wasserstoffdruckes von 0,25 bis 0,5 mm Quecksilbersäule die Anzeige in etwa einer Sekunde erzielt sein.
In Fig. 3 wird die Gasströmung durch die Leitung 21 zugeführt, und in der Vorrichtung 26 wird der freie Sauerstoff daraus entfernt. Bei 24 teilt sich die Leitung in Teile 22 und 23, die sich bei 25 wieder vereinigen. In der Vorrichtung 27 wird das Wasser zersetzt, wie es an Hand von Fig. 1 beschrieben wurde. Das Palladiumrohr 28 ist auf ähnliche Weise angeordnet, wie es in Fig. 1 bei 18 und in Fig. 2 näher dargestellt ist. Die Leitung 23 enthält gleichfalls ein glühendes Palladiumrohr unter genau denselben Verhältnissen wie bei 28 und der Druckunterschied in beiden wird mit Hilfe des Differentialmanometers 30 gemessen.
Zur Vermeidung von Störungen durch ungleichen Gesamtdruck bei 28 und 29 kann die gestrichelt dargestellte Vorrichtung 31 vorgesehen werden, deren einziges Kennzeichen ist, daß sie den gleichen Strömungswiderstand wie die Vorrichtung 27 hat.
Da das Differentialmanometer 30 den Druckunterschied zwischen dem freien Wasserstoff und der Summe des freien Wasserstoffes und des frei gemachten Wasserstoffes anzeigt, ist es gleichgültig, ob der Druck des freien Wasserstoffes sich in der Vorrichtung bei 28 und 29 gleichzeitig noch ändert. Wenn nun der Sauerstoffgehalt in den zu prüfenden Gasen weniger als die Hälfte des freien Wasserstoffes beträgt, so kann bei der Reaktion am glühenden Palladium bei 28 und 29 der freie Wasserstoff nie völlig verschwinden und also in dieser Beziehung die Messung auch nicht ungünstig beeinflußt werden, wenn die den freien Sauerstoff entfernende Vorrichtung 26 weggelassen wird.

Claims

PATENTANSPRUCHE: 1. Diffusionsverfahren zum Messen des Wasserdampfgehaltes eines strömenden Gases, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf unter Bindung des Sauerstoffes in an sich bekannter Weise zersetzt und anschließend der dem Wasserdampfgehalt proportionale Druck des frei gewordenen Wasserstoffes nach dessen Diffusion durch eine halbdurchlässige Wand hindurch in an sich bekannter Weise bestimmt wird.
2. Diffusionsverfahren nach Anspruch 1 bei Vorhandensein von freiem Sauerstoff und freiem Wasserstoff in der Gasströmung, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß des freien Wasserstoffes und der des freien Sauerstoffes bei der Bestimmung des Druckes des frei gewordenen Wasserstoffes in einer der gewählten Druckbestimmungsmethode angepaßten Weise ausgeschaltet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Sauerstoff und danach der freie Wasserstoff in der Gasströmung vor der Zersetzung des Wasserdampfes entfernt werden und der Druck des frei gewordenen Wasserstoffes durch direkte Messung desselben bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Sauerstoff entfernt und danach der Druck des freien Wasserstoffes gemessen wird und der Druck des frei gewordenen Wasserstoffes aus der Differenz der nach der Zersetzung des Wasserdampfes direkt meßbaren Summe der Drücke des freien und des frei gewordenen Wasserstoffes und dem gemessenen Druck des freien Wasserstoffes bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des freien Wasserstoffes vor der Zersetzung des Wasserdampfes in derselben Gasströmung gemessen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des freien Wasserstoffes in einer zwischen der den Sauerstoff entfernenden Vorrichtung und der Zersetzungsvorrichtung abzweigenden Strömung gemessen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4 in Verbindung mit Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruck mit Hilfe eines Differentialmanometers in bekannter Weise gemessen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 2 unter der Voraussetzung, daß der in der Strömung vorhandene freie Sauerstoff einen Teildruck von weniger als die Hälfte des Druckes des freien Wasserstoffes hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmessung nach Anspruch 4 in Verbindung mit Anspruch 6 und 7 bei Vorhandensein des freien Sauerstoffes erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 252 382; französische Patentschrift Nr. 1 056 748; »Analysical Chemistry«, 1950, Bd. 22, Teil 1, S. 117.