DE1207117B - Verfahren und Vorrichtung zum Pruefen der Luft auf entzuendbare Beimengungen, insbesondere Methan - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES '/WIWt PATENTAMT Int. α.:

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AUSLEGESCHRIFT Deutsche KL: 421-4/08

Nummer: 1207117

Aktenzeichen: D 23208IX b/421

Anmeldetag: 23. Juni 1956

Auslegetag: 16. Dezember 1965

Zum Nachweis von Methan in Luft, der insbesondere zur Bestimmung des Auftretens von Grubenwettern wichtig ist, sind mehrere Verfahren bekanntgeworden, die auf unterschiedlichen Methoden beruhen. So ist ein optisches Verfahren zum Nachweis von Methan bekannt, das auf der Bestimmung des Brechungsindex beruht. Weiterhin ist ein Verfahren zur Bestimmung von Methan bekannt, das auf der Messung der inneren Reibung bzw. auf der Messung der Ausströmgeschwindigkeit beruht. Diese Verfahren erfordern sehr umständliche Apparaturen.

Weiterhin sind mehrere Nachweisgeräte bekannt, bei denen das zu untersuchende Gasgemisch an glühenden Drähten vorbeigeführt wird, damit das Methan verbrennt. Dabei ist es auch bekannt, derartige Geräte so auszubilden, daß eine Probe des zu untersuchenden Gasgemisches in bestimmten Zeitintervallen selbsttätig entnommen und das Meßergebnis aufgeschrieben wird. Auch ist es dabei bekannt, die zu untersuchende Gasprobe für die Verbrennung der brennbaren Bestandteile zu komprimieren. Weiterhin sind auch Methanbestimmungsverfahren bekannt, bei denen die Wärmeleitfähigkeit des zu untersuchenden Gasgemisches dadurch bestimmt wird, daß die Abstrahlung eines glühenden Drahtes bestimmt wird. Durch die Verwendung glühender Drähte ergeben sich bei diesen Verfahren erhebliche Nachteile. Die entsprechenden Vorrichtungen müssen explosionssicher ausgebildet sein, d. h., es muß durch geeignete Sicherheitsmaßnahmen dafür gesorgt werden, daß keine Verbindung zwischen dem glühenden Draht und der Gesamtheit der zu untersuchenden Luft bestehen kann. Durch die Einschaltung von Sicherheitsvorrichtungen ergibt sich ein komplizierter Aufbau der Vorrichtungen, wobei zum anderen aber noch nicht ausgeschlossen ist, daß dennoch durch eine unsachgemäße Handhabung der glühende Draht mit der Gesamtheit der zu untersuchenden Luft in Verbindung gerät. Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung von glühenden Drähten besteht darin, daß die meisten zu untersuchenden Gase Verunreinigungen, wie z. B. Schwefelverbindungen, enthalten, die den glühenden Draht katalytisch vergiften und auch seine physikalischen Eigenschaften, wie z. B. seine elektrische Leitfähigkeit, verändern, wodurch weiterhin die Glühtemperatur des Drahtes verändert wird. Die Geräte sind störanfällig und daher unsicher in der Anzeige.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Verfahren. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Luft auf entzündbare Beimengungen durch Komprimieren und Verbrennen

Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen der Luft auf entzündbare Beimengungen, insbesondere
Methan

Anmelder:

Drägerwerk Heinr. & Bernh. Dräger,

Lübeck, Moislinger Allee 53/55

einer bestimmten Menge der zu prüfenden Luft. Die Erfindung besteht darin, daß die Luftprobe so stark komprimiert wird, daß sie bei Vorhandensein einer gewissen nachzuweisenden Beimengung selbst zündet. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil einer sehr einfachen Durchführung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß komplizierte Vorrichtungen und auch glühende Gegenstände nicht vorhanden sind, so daß dadurch die eingangs beschriebenen Nachteile ausgeschaltet sind. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird bei der schnellen und starken Kompression in begrenztem Raum eine derartige Temperaturerhöhung erzielt, daß selbst reaktionsträge brennbare Bestandteile, wie Methan, verbrannt werden.
Die Prüfung auf entzündbare Beimengungen durch Feststellung ihrer Verbrennung kann auf unterschiedliche Weise ausgeführt werden. Eine Ausführungsform besteht darin, daß die bei der Verbrennung frei werdende Wärmemenge bestimmt wird. Daraus kann auf den Gehalt an brennbaren Stoffen geschlossen werden, sofern die Art der Beimengung bekannt ist. Dabei kann das Verfahren so durchgeführt werden, daß die bei der Kompression und der Verbrennung entstehende Temperaturerhöhung gegenüber der durch die Kompression allein erzeugten Temperaturerhöhung bestimmt wird. Bei dieser Verfahrensweise wird die bei der Kompression über die Kompression hinausgehende Wärmemenge bestimmt, aus der der Gehalt an brennbaren Stoffen, wie insbesondere an Methan, bestimmt werden kann.

Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß der Gehalt der komprimierten Gase an Verbrennungsprodukten bestimmt wird. Dazu können die komprimierten Gase mehr oder weniger entspannt durch Prüfröhrchen zum Nachweis der Verbrennungsprodukte geleitet werden. In diesen Fällen wird der Gehalt der verbrennbaren Stoffe durch die Menge der bei der Umsetzung entstehenden Oxydationspro-

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dukte bestimmt. Bekanntlich läßt sich Methan, das wird mit dem zu untersuchenden Methan-Luft-Gebei normalen Temperaturen außerordentlich reak- misch gefüllt. Dabei kann an dem Rohr eine Lufttionsträge ist, nicht mit einer einfachen chemischen fördervorrichtung, wie ein Gummiball, über an dem Umsetzungsreaktion bei normalen Temperaturen Rohr angeordneten Absperrventilen angeordnet sein, nachweisen. Dagegen lassen sich die Oxydationspro- 5 wobei mit Hilfe der Luftfördervorrichtung die Luft dukte, wie Formaldehyd, Kohlenoxyd oder Kohlen- durch das Rohr gesaugt wird, bis das Rohr gefüllt ist. dioxyd, unter bekannten verhältnismäßig einfachen In das Rohr ist ein Kolben eingepaßt, der am offenen Nachweisreaktionen feststellen. Ende des Rohres durch eine Arretiervorrichtung geWenn bei einem sehr geringen Gehalt der zu halten wird und unter der Kraft einer stark geuntersuchenden Luft an brennbaren Gasen, wie ins- io spannten Feder steht. Nach dem Lösen der Arretierbesondere Methan, diese brennbare Gasmenge nicht vorrichtung wird der Kolben schlagartig so weit in zur Erreichung der Zündgrenze ausreicht, kann das das Rohr eingedrückt, daß das Prüfluftgemisch im Verfahren derart ausgeführt werden, daß der zu Bruchteil einer Sekunde auf einen erheblichen Druck untersuchenden Gasmenge in bekannter Weise eine bis zu 200 atü, beispielsweise 50 bis 100 atü, kombestimmte Menge eines verbrennbaren Stoffes, vor- 15 primiert wird. An Stelle der Federkraft kann der zugsweise Pentan, vor der Kompression zugesetzt Kolben auch von Hand schlagartig in das Rohr gewird. Bei dieser Verfahrensweise wird durch den Zu- drückt werden. Es kann mit einer derartigen Vorsatz des weiteren brennbaren Bestandteils mit Sicher- richtung ein Druck von etwa 200 atü erzeugt werden, heit ein zündfähiges Luft-Gas-Gemisch erreicht. Da Dadurch werden hohe Temperaturen erzielt, die der Zusatz an brennbaren Gasen, wie Pentan, be- ao die Verbrennung auslösen. Die dabei entstehende kannt ist, ist die dadurch entstehende Wärmemenge Wärmetönung kann gemessen werden. Daraus kann bekannt, die bei der Auswertung des Meßergebnisses der Anteil der Verbrennnungsprodukte bestimmt zu berücksichtigen ist. Dabei kann gemäß einer wei- werden.

teren Ausführungsform der Erfindung der Zusatz an Der Kolben kann an Stelle von Federkraft, Musbrennbarem Gas in bekannter Weise so gehalten 25 kelkraft od. dgl. auch, wie bekannt, durch die Kraft werden, daß dieser Zusatz allein mit der zu unter- eines hochgespannten Gases bewegt werden. Zu diesuchenden Gasmenge in Abwesenheit von anderen sem Zweck kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, brennbaren Bestandteilen die Zündgrenze nicht er- daß der nicht mit dem zu untersuchenden Gas zu reicht, so daß dieser Zusatz also unter der Explo- füllende Zylinderteil auf der anderen Kolbenseite sionsgrenze liegt. Enthält das zu untersuchende Gas- 30 vorzugsweise über ein Schnellschlußventil mit einem gemisch dann noch weitere brennbare Stoffe, dann Vorratsbehälter für hochgespanntes Gas angeschloswird die Zündgrenze überschritten. sen ist. Dabei kann der Vorratsbehälter für hoch-Die Kompression kann vorteilhaft in bekannter gespanntes Gas vorzugsweise über ein Reduzierventil Weise in Gegenwart eines oder mehrerer die Ver- an eine Vorratsflasche angeschlossen sein,
brennung unterstützender Katalysatoren erfolgen. 35 Bei diesen Ausführungsformen wird nach dem Öff-Dadurch wird mit Sicherheit eine Umsetzreaktion nen des vorzugsweise als Schnellschlußventil ausgeerreicht. Weiterhin läßt sich durch die Gegenwart bildeten Ventils schlagartig die eine Kolbenseite unter von Katalysatoren die Art der Verbrennung bestim- einen sehr starken Druck von beispielsweise 100 atü men, so daß die Verbrennung stets in eine bestimmte gesetzt, wodurch der Kolben durch das Kompressionsgewollte Richtung gelenkt werden kann. 40 rohr getrieben wird, und auf der anderen Seite das Die Kompression kann auf unterschiedliche Weise zu untersuchende Gas auf den gleichen Druck komdurchgeführt werden. Eine einfache Form besteht primiert.

darin, daß in bekannter Weise ein druckfester Raum Der Kolben wird dabei nach Möglichkeit wärmemit dem zu untersuchenden Gasgemisch gefüllt und isoliert ausgebildet, so daß er gegebenenfalls auftredurch Einstoßen eines Kolbens die geforderte Korn- 45 tende Expansionskälte des ihn treibenden Gases nicht pression erzielt wird. Eine andere Ausführungsform auf die Kolbenseite überträgt, die dem zu kompribesteht darin, daß zur Erzeugung der Kompression mierendenGas anliegt. So kann der Kolben mit einer in das in einem druckfesten Raum eingebrachte zu wärmeisolierenden Zwischenschicht oder mit wärmeuntersuchende Gasgemisch hochgespannter Sauer- isolierten Stirnseiten versehen sein, die eine Wärmestoff bzw. sauerstoffhaltiges Gas schlagartig einge- 5° ableitung oder -Übertragung verhindern,
leitet wird. Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß Das erfindungsgemäße Verfahren kann in unter- an einem das zu untersuchende Gas aufnehmenden schiedlichen Vorrichtungen durchgeführt werden. Raum vorzugsweise über ein Schnellschlußventil Eine einfache Vorrichtung zur Durchführung des ein Vorratsbehälter für hochgespannten Sauerstoff Verfahrens besteht in einem an sich bekannten druck- 55 bzw. sauerstoffhaltiges Gas angeschlossen ist. Dabei festen, mit dem zu untersuchenden Gas zu füllenden kann der Vorratsbehälter für das hochgespannte Gas Zylinder und einem in dem Zylinder geführten KoI- vorzugsweise über ein Reduzierventil an eine Vorben. Dieser ist von Hand oder durch andere Kraft ratsflasche angeschlossen sein. Nach dem öffnen des schlagartig in den Zylinder drückbar. Dabei kann der Schnellschlußventils wird der Druck in dem das zu Kolben in der Ausgangsstellung durch eine Arretier- 60 untersuchende Gas aufnehmenden Raum schlagartig vorrichtung gehalten und unter dem Druck einer der- erhöht, wobei durch die Kompressionswärme das zu art bemessenen Feder stehen, daß der Kolben nach untersuchende Gas bis auf die Verbrennungstempedem Lösen der Arretierung so weit in den Zylinder ratur erhitzt wird. Zweckmäßig ist es, dem Vorratsgestoßen wird, daß der gewünschte Kompressions- behälter, aus dem das hochgespannte Gas ausströmt, druck erzielt wird. Als druckfester Zylinder kann ein 65 einen wesentlich größeren Inhalt zu geben als dem Rohr von etwa 3 bis 20 mm innerem Durchmesser, Meßrohr, damit nur eine sehr geringfügige Expanvorzugsweise 5 bis 10 mm Durchmesser, und einer sion des komprimierenden Gases eintritt. Wenn bei-Länge von etwa 50 bis 100 cm dienen. Dieses Rohr spielsweise der Vorratsbehälter das Zehnfache an

Volumen enthält, wie der Meßbehälter besitzt, und mit Sauerstoff mit einem Druck von 100 atü gefüllt ist, wird dieser Sauerstoff bei der Verwendung mit dem Meßrohr auf etwa 90 atü gesenkt.

Zur Messung der Verbrennungswärme kann in bekannter Weise in dem Kompressionsraum bzw. in dessen nicht vom Kolben befahrenem freiem Ende der Fühler eines Thermoelementes angeordnet sein. Die Temperatur des Meßfühlers kann über an sich bekannte Meßinstrumente gemessen werden. Aus dem Vergleich der bei der Kompression des zu untersuchenden Gases auftretenden Wärmemenge mit der Wärmemenge, die allein durch die Kompression frei wird, läßt sich der Anteil an verbrennbaren Substanzen bestimmen, sofern deren Art bekannt ist.

Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß der Kompressionsraum außen bzw. dessen nicht vom Kolben befahrenes freies Ende eine die Temperatur anzeigende Farbe trägt. Dabei können bekannte Thermof arben verwendet werden, die bei bestimmten Temperaturen ihre Farbe ändern, so daß an der Farbänderung sofort erkennbar ist, welche Temperaturen auftreten.

Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß der Kompressionsraum mit einem Anschlußstutzen versehen ist, der mit einer Meßvorrichtung verbunden werden kann, mit der die Menge der entstandenen Verbrennungsprodukte bestimmt wird. Eine einfache Bauform besteht dabei darin, daß der Kompressionsraum über ein Ventil mit einem Anschlußstutzen zum Anschluß des Prüfröhrchens versehen ist. Dabei werden solche Prüfröhrchen verwendet, die die zu erwartenden Verbrennungsprodukte anzeigen. Beispielsweise werden Prüfröhrchen zum Nachweis von Farmaldehyd, Kohlenoxyd oder Kohlendioxyd verwendet.

Das Meßrohr kann auch durchsichtig ausgebildet sein.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. An dem Endel des Meßrohres 2 ist der Fühler eines Thermoelementes 3 angeordnet, an den ein Spannungsmesser 4 angeschlossen ist, der unmittelbar in Prozentmethan geeicht sein kann. Das Meßrohr 2 besitzt zwei Absperrventile Sa, 56 und einen abschließbaren Stutzen 6. An den letzteren kann eine Ballpumpe 7 angeschlossen sein, mit deren Hilfe die zu untersuchende Luft in Richtung des Pfeiles 8 angesaugt wird. Dadurch wird das Meßrohr 2 gefüllt.

In dem Meßrohr 2 ist ein Kolben 9 fliegend gelagert. Dieser Kolben kann unter dem Druck einer schwachen Feder 10 stehen, die ihn in die gezeichnete richtige Endlage drückt. Der Kolben besteht aus einem schlecht wärmeleitenden Material, bzw. es genügt auch, die Stirnfläche 11 des Kolbens 9 mit einem schlechten Wärmeleiter zu überziehen. An das Ende

12 des Meßrohres 2 ist über ein Schnellschlußventil

13 ein Vorratsgefäß 14 angeschlossen, das etwa das Zehnfache des Volumens des Meßrohres 2 besitzt. Der Druck in diesem Vorratsgefäß 14 wird an einem Manometer 15 abgelesen. Das Vorratsgefäß 14 ist über ein Reduzierventil 16 an eine Vorratsflasche 17 angeschlossen.

Die Arbeitsweise des Gerätes ist folgende: Mit Hilfe der Luftfördervorrichtung 7 wird das zu untersuchende Gas in das Meßrohr 2 gesaugt. Dann werden die Ventile Sa und Sb geschlossen. Das Ventil 13 bleibt zunächst geschlossen. Der Druckminderer 16 wird so eingestellt, daß in dem Vorratsbehälter 14 etwa ein Druck von 150 atü herrscht. Dann wird das Schnellschlußventil 13 schlagartig geöffnet, wodurch der Kolben 9 nach links geführt wird, bis das im Meßrohr 2 enthaltene Gas auf den gleichen Druck gebracht ist. Der Kolben befindet sich dann in der gestrichelt gezeichneten Lage 9 a. Das zu untersuchende Gas erhitzt sich dabei so, daß das anwesende Methan verbrennt. Das Meßgerät 4 ist so geeicht, daß es die Temperaturdifferenz zwischen der zu erwartenden Kompressions wärme und der tatsächlich eintretenden Erwärmung anzeigt, so daß also die bei der Verbrennung eintretende Wärmetönung gemessen wird. Das Meßinstrument 4 kann unmittelbar in Prozentmethan geeicht sein.

In dem Raum 18, dem eigentlichen Kompressionsraum, kann ein nicht gezeichneter, die Verbrennung unterstützender Katalysator angeordnet sein.

Die Vorrichtung kann auch so verwendet werden, daß an den Anschlußstutzen 6 ein Prüfröhrchen zur Bestimmung von Kohlensäure od. dgl. angeschlossen wird. Nach dem Öffnen des Ventils 5 α strömt das komprimierte Gas in einer Geschwindigkeit, die durch die Bohrung des Ventils festgelegt sein kann, durch das Prüfröhrchen, das den Anteil an Verbrennungsprodukten unmittelbar mißt. Das Prüfröhrchen kann dabei ebenfalls beispielsweise in Prozentgehalt Methan geeicht sein.

Der Kolben 9 kann auch entfallen, so daß bei der Kompression durch das einströmende Preßgas auch gleichzeitig eine Mischung der Gase eintritt. Vorteilhaft wird dann als Preßgas Sauerstoff verwendet, damit die Verbrennung einwandfrei vor sich gehen kann.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Prüfen der Luft auf entzündbare Beimengungen durch Komprimieren und Verbrennen einer bestimmten Menge der zu prüfenden Luft, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftprobe so stark komprimiert wird, daß sie bei Vorhandensein einer gewissen nachzuweisenden Beimengung selbst zündet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu untersuchenden Gasmenge in bekannter Weise eine bestimmte Menge eines verbrennbaren Stoffes, vorzugsweise Pentan, vor der Kompression zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompression in bekannter Weise in Gegenwart eines oder mehrerer die Verbrennung unterstützender Katalysatoren erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Kompression in das in einem druckfesten Raum eingebrachte zu untersuchende Gasgemisch hochgespanntes Gas, insbesondere Sauerstoff, schlagartig eingeleitet wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen an sich bekannten druckfesten, mit dem zu untersuchenden Gas zu füllenden Zylinder und einem in den Zylinder geführten Kolben, der von Hand oder durch andere Kraft schlagartig in den Zylinder drückbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben in Ausgangsstel-

lung durch eine Arretiervorrichtung gehalten und unter dem Druck einer derart bemessenen Feder steht, daß der Kolben nach dem Lösen der Arretierung so weit in den Zylinder gestoßen wird, daß der gewünschte Kompressionsdruck erzielt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einen das zu untersuchende Gas aufnehmenden Raum ein Vorratsbehälter für hochgespanntes Gas angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionsraum über ein Ventil mit einem Anschlußstutzen zum Anschluß des Prüfröhrchens versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 240 966, 264759, 401212, 687545, 688 697.

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 947 521.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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