DE2902125A1

DE2902125A1 - Verfahren und einrichtung zur ermittlung der anwesenheit von gasen oder daempfen in luft oder anderen gasfoermigen medien

Info

Publication number: DE2902125A1
Application number: DE19792902125
Authority: DE
Inventors: Geddes Alan Bray
Original assignee: Mather and Platt Ltd
Current assignee: Mather and Platt Ltd
Priority date: 1978-02-07
Filing date: 1979-01-18
Publication date: 1979-08-09
Also published as: LU80885A1; FR2416468A1; CA1117404A; DK48879A; AU519654B2; NL7900790A; PT69190A; IT1109886B; AU4349879A; US4220452A; IE790213L; ES483037A1; BE873954A; IE48312B1; GR64688B; ES477406A1; IT7919729A0; NO790370L

Description

PFENNING ■ MAAS · MEINIG · SPOTT

-J-

Patentanwälte - KurfOrstendamm 170, D 1000 Berlin 15

LJB/RB/83363

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Pf/schu

PATENTANWÄLTE BERLIN · MÜNCHEN

J. Pfenning, Dip!.-Ing. - Berlin Dr. I. Maas, Dlpl.-Chem. - München K. H. Meinig, Dipl.-Ptiys. - Berlin Or. G. Spott, Dipl.-Chem. - München

Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt

BÜRO BERLIN:

I Kurfürstendamm 170

I D 1000 Berlin 15

Telefon:
030/8812008/8812009

Telegramme:
Seilwehrpatent

Telex: 5215880

Berlin Date

18. Januar 1979

MATHER & PLATT LIMITED Park Works, Manchester MIO 6BA, England

Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung der Anwesenheit von Gasen oder Dämpfen in Luft oder anderen gasförmigen Medien

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermittlung der Anwesenheit von Gasen oder Dämpfen in Luft oder anderen gasförmigen Medien.

In der Industrie, insbesondere in der Ölindustrie und in der chemischen Industrie, bedingt eine zufällige Freisetzung oder Leckage eines brennbaren Gases oder Dampfes aus dem Prozeß eine große Feuer- und Explosionsgefahr, übliche Methoden zur Prüfung und Feststellung der Anwesenheit solcher Gase umfassen eine Vielzahl von chemischen Mitteln und Maßnahmen, die insoweit nachteilig sind, als sie sich nur langsam handhaben lassen, so daß ein Prüfungsergebnis sich nur mit zeitlicher Verzögerung erreichen läßt; außerdem machen diese Methoden eine optische Überwachung und Beobachtung erforderlich. Andere Methoden verwenden elektrische Vorrichtungen, bei denen der Oberflächenzustand eines Teiles der Vorrichtung seinen elektrischen Widerstand oder die dielektrischen Eigenschaften ändert, wenn er einem entsprechenden Gas ausgesetzt wird; bekannt ist auch die Verwendung einer elektrisch beheizten, üblicherweise aus Platin bestehenden Drahtspule, die in Gegenwart eines Katalysators ihre Temperatur und damit ihre elektrischen Eigenschaften erhöht, wenn ein geeignetes Gas in ihrer Nähe verbrannt wire

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Bei dieser letzteren Methode kann die Erhöhung oder die Verringerung des elektrischen Widerstandes der Spule ermittelt werden, um die gegebene Gaskonzentration zu messen. Diese elektrischen Methoden sind jedoch leicht angreifbar durch äußere Substanzen, die das Reaktionsmaterial oder den Katalysator beschädigen bzw. verunreinigen, und dadurch eine Prüfung unmöglich machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten den bekannten Methoden anhaftenden Nachteile zu vermeiden, und ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch die eine zuverlässige und schnelle Prüfung und Bestimmung der Anwesenheit eines Gases in einem anderen Gas möglich ist, ohne daß Beschädigungen oder Zerstörungen der Prüfeinrichtung eintreten können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren, das sich bezieht auf die Prüfung der Anwesenheit eines fremden Gases in einem gasförmigen Medium bestimmter Verbrennungseigenschaften, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Probe des möglicherweise verunreinigten gasförmigen Mediums mit einer bekannten Menge eines Bezugsgases bekannter Verbrennungseigenschaftefi in einer feuersicheren Kammer gemischt wird, daß darauf versucht wird, die in der Kammer befindliche gasförmige

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Mischung zu zünden, und daß durch mit der Kammer verbundene Prüfmittel die Zündung der gasförmigen Mischung in der Kammer überwacht wird zur Feststellung der Anwesenheit eines in dem gasförmigen Medium vorliegenden, eine vorbestimmte Konzentration in dem gasförmigen Medium überschreitenden Fremdgases.

Weitere Merkmale des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die der Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine feuerfeste Kammer, eine Vorrichtung zur Einführung einer Probe des möglicherweise verunreinigten gasförmigen Mediums in die Kammer und Ventilanordnungen zur Einführung einer bekannten Menge eines Referenzgases bekannter Verbrennungscharakteristik in die Kammer zum Zwecke der Vermischung mit dem gasförmige! Medi um-vorgesehen, sind, und daß eine mit der Kammer verbundene Zündvorrichtung zur Zündung einer brennbaren gasförmigen Mischung in der Kammer und eine Prüfvorrichtung angeordnet sind zur überwachung des Kammer-Inneren zum Zwecke der Feststellung, ob eine Zündung der gasförmigen Mischung stattfindet.

Heitere Merkmale der Einrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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Das erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtung sind nicht nur geeignet zur Prüfung und Ermittlung der Feststellung brennbarer Gaskonzentrationen in Luft oder in einem anderen gasförmigen Medium, sondern können auch benutzt werden zur Prüfung von Konzentrationen gefährlicher nicht brennbarer Gase in Luft oder in einem anderen gasförmigen Medium. Die Erfindung kann somit verwendet werden zur Prüfung der Anwesenheit eines ersten Gases in einem zweiten Gas durch Anwendung eines geeigneten Referenzgases, wobei wenigstens eines der vorerwähnten Gase, nämlich das erste, das zweite oder das Bezugsgas, entweder brennbar oder die Verbrennung unterstützt, und wobei die Verbrennungseigenschaften des Referenzgases und des zweiten Gases bekannt sind. Weiter ist die Erfindung auch anwendbar zur Prüfung und Feststellung annormaler Konzentrationen eines Gases oder von Gasen, die normalerweise in dem gasförmigen Medium selbst anwesend sind, zum Beispiel die Prüfung einer erhöhten Sauerstoffkonzentration in Luft. Die durch überprüfung zur ermittelnden Gase oder Dämpfe werden im folgenden als "Fremdgas¹¹ bezeichnet, wobei dieser Ausdruck reine Gase, Dämpfe und Gas- oder Dampfmischungen und ebenso auch erhöhte Konzentrationen eines Gases oder von Gasen umfaßt, die normalerweise in dem gasförmigen Medium selbst vorliegen.

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Der Ausdruck "Referenzgas" umfaßt ebenfalls reine Gase, Dämpfe und Gas- und/oder Dampf-Mischungen.

Eine Mischung eines relativ brennbaren Gases mit einem nicht brennbaren Gas wird bei derZündung explodieren oder verbrennen, wenn die Konzentration des brennbaren Gases in der Mischung zwischen oberen und unteren Grenzwerten liegt, die für die beiden Gase bestimmbar sind. Diese Grenzen werden bezeichnet als obere UEL und untere LEL Explosionsgrenzen, die üblicherweise tabellarisch für jedes mit Luft gemischtes Gas erfaßt werden. Eine Gaskonzentration mit einem den LEL-Wert unterschreitenden Wert ist nicht hoch genug, um eine Zündung zuzulassen, während in einer den UEL-Wert überschreitenden Konzentration kein ausreichender, eine Zündung gestattender Sauerstoff in der Luft anwesend ist. In der Beschreibung werden die vorerwähnten oberen und unteren Werte in allgemeinem Sinne unter Bezugnahme auf eine Mischung eines Gases mit einem anderen verwendet, wobei Sauerstoff anwesend ist als Bestandteil eines dieser Gase oder des Referenzgases .

Wie vorstehend gesagt wurde, entsteht eine ernste Feuer- und Explosionsgefahr bei einer Leckage oder bei einem zufälligen Freisetzen eines brennbaren Gases aus einer

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- ja -

AS-

Prozeßanlage in der Industrie. Ein nach der Erfindung arbeitender Gasdetektor ist insbesondere geeignet zur Feststellung brennbarer Gase und steht vorzugsweise mit einem Alarm- oder Warnsystem in Verbindung, durch das Maßnahmen zur Verhinderung eines Feuers oder einer Explosion ausgelöst werden, wenn die Konzentration des brennbaren Gases oberhalb eines vorbestimmten Verhältnisses liegt, leicht unterhalb des LEL-Wertes oder leicht oberhalb des UEL-Wertes des Gases.

Die beiliegenden Zeichnungen zeigen beispielsweise Ausführungsformen der Einrichtung, und es bedeutet:

Fig. 1 schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Einrichtung;

Fig. 2 schematische Darstellung einer zweiten Aus f üh rung s f ο rm;

Fig. 3 eine Graphik der prozentualen Konzentrationen von Propan als Referenzgas zur Prüfung unterschiedlicher Konzentrationen von Methan als Fremdgas in einem gasförmigen Medium;

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Fig. 4 schematische Darstellung eines

Auspuffsystems als Teil der Einrichtung

Wie Fig. 1 zeigt, besitzt die Einrichtung eine Rohrleitung 10, die in der zu überwachenden Zone angeordnet ist. In der Leitung 10 ist eine Mehrzahl von im Abstand angeordneten öffnungen 11 angeordnet, von denen jede mit einer feuerfesten Kammer 12 verbunden ist. An den öffnungen 11 der Rohrleitung 10 sind Flammenfallen 13 angeordnet, wobei die öffnungen 11 Austrittsöffnungen aus den Kammern 12 in die Rohrleitung 10 bilden; an den Zutrittsöffnungen 14 der Kammern 12 aus der die Rohrleitung 10 umgebenden Atmosphäre sind ebenfalls Flammenfallen 13 angeordnet. Die die Rohrleitung 10 umgebende zu überprüfende Atmosphäre wird in die Rohrleitung 10 eingesaugt durch einen Ventilator 15, der in Strömungsrichtung hinter den öffnungen 10 in der Rohrleitung angeordnet ist, wie später beschrieben wird. Die Fließgeschwindigkeit aus der die Zutrittsöffnungen 14 umgebenden Atmosphäre in die Kammern 12 ist auf einen bestimmten Wert einstellbar durch ein Ventil oder nicht dargestellte öffnungen oder durch eine geeignete Einstellung der Größe der Flammenfallen 13. Die Eintrittsöffnungen 14 bilden somit Steueröffnungen für den Eintritt des gasförmigen Mediums in die Kammern 12.

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In S trömungs rieht xing hinter dem Ventilator 15 führt die Rohrleitung 10 zu einem Auspuffsystem 16, das ebenfalls später beschrieben wird.

Jede Kammer 12 ist nichtbrennbar und feuersicher, so daß ein brennbares Gas in ihr abgebrannt werden kann, ohne daß eine Gefahr einer Zündung entweder außerhalb oder innerhalb der Rohrleitung 10 gegeben ist; das Gas muß durch die Flammenfallen 13 am Eintrittsende 14 und am Austrittsende 15 eines jeden Behälters 12 passieren, bevor es in die Rohrleitung 10 eintreten kann.

Die Flammenfallen 13 können üblicher Art sein; beispielsweis« kann die Flammenfalle einen oder mehreren Luftspalt bestimmter Tiefe und Breite aufweisen, durch die Flammen nicht hindurchtreten können. Die Kammer 12 kann auch aus einem geschlossenen, porösen, nicht-brennbaren und feuersicheren Behälter bestehen derart, daß die öffnungen 11, 14 durch entsprechende gegenüberliegende Wandungen des Behälters gebildet werden. Derartige Behälter sind ihrem Prinzip nach als Grubenlampen bekannt. Die porösen Behälter können aus modernen gesinterten Materialien bestehen.

Jeder Kammer 12 ist eine Zündvorrichtung zur Bildung eines elektrischen Funkens und eine Prüfvorrichtung, bei-

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spielsweise ein Thermoelement, ein Thermistor oder ein Druckfühler zugeordnet, der vorzugsweise an ein Warnsystem angeschlossen ist.

Die Zündvorrichtung 17 besteht aus einem Funkenstöpsel 19, der mit einer geeigneten hohen intermittierenden Spannungsquelle verbunden ist; beispielsweise ist eine Spule 20 an eine Wechselstromquelle geeigneter Frequenz über die elektrischen Leitungen 21 angeschlossen. Eine jSiezo-elektrische Quelle kann ebenfalls Anwendung finden.

Jeder Behälter 12 ist an eine Referenzgas-Quelle angeschlossen, durch die eine bekannte Menge dieses Gases in die Kammer 12 mit einer bestimmten Geschwindigkeit über nicht dargestellte Ventilanordnungen eingegeben werden kann. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann diese Referenzgas-Quelle aus einem unter Druck stehenden Zylinder 22 bestehen, der über eine Leitung 23 mit jeder Kammer 12 verbunden ist. Ein Absperrventil 24 ist vorgesehen, so daß die Referenzgas-Quelle abgesperrt werden kann. Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann auch eine Referenzgas-Quelle aus einem Flüssiggas benutzt werden, das auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird; hierbei besteht der Vorteil, daß der Druck des

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Referenzgases stets konstant ist.

Wenn die Anwesenheit eines brennbaren Gases festgestellt werden soll, ist das Referenzgas ebenfalls brennbar, so daß es zweckmäßig ist, die von dem Zylinder 22 zu jedem Behälter 12 führende Referenzgas-Leitung 23 gegenüber der Umgebung abzuschirmen. Ein üblicher Weg hierfür besteht darin, daß die Leitung 23 in der Hauptleitung 10 angeordnet ist, so daß jede Leckage des Referenzgases in der Hauptleitung 10 durch den Ventilator 15 mit Sicherheit entfernt wird.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 2 besteht die Prüfanordnung aus einer Rohrleitung 1OA, die in dem zu überwachenden Bereich angeordnet ist und eine Mehrzahl von im Abstand angeordneten öffnungen HA besitzt, die als Steueröffnung ausgebildet und mit einer Flammenfalle 13A ausgestattet ist. Das Innere der Rohrleitung 1OA ist von der Umgebungsatmosphäre ausschließlich durch die Flammenfallen 13 A getrennt, die aus bekannten Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bestehen können.

In S trömungs richtung hinter sämtlichen öffnungen HA der Rohrleitung 1OA ist eine Flammenfalle 25A und in Strömungsrichtung hinter diese ist eine zweite Flammen-

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falle 25B angeordnet, durch die eine feuersichere Kammer 26 in der Rohrleitung 1OA selbst gebildet wird. Diese Kammer 26 ist in ähnlicher Weise wie die Kammern 12 gemäß Fig. 1 mit einer aus einem Funkenstöpsel 19A und einer Spule 2OA bestehenden Zündvorrichtung 17A und einer Prüfvorrichtung 18A ausgerüstet. Außerdem ist eine Referenzgas-Quelle an die Kammer 26 über eine Leitung 23A und nicht dargestellte Ventile angeschlossen, wie bei der Rusführungs form gemäß Fig. 1.

Damit die die Rohrleitung 1OA umgebende Atmosphäre in die Kammer 26 eingesaugt werden kann, ist ein nicht dargestellter Ventilator in der Rohrleitung 1OA in Strömungsrichtung hinter der Kammer 26 angeordnet. Ein nicht dargestelltes Auspuffsystem ist an der Rohrleitung 1OA in Strömungsrichtung hinter der Kammer 26 angeordnet, wie später beschrieben wird.

Beim Betrieb arbeiten die Prüfanordnungen gemäß Fig. 1 und 2 in ähnlicher Weise. Die die Rohrleitungen 10 _f 1OA umgebende Atmosphäre wird kontinuierlich durch den Ventilator angesaugt und tritt in die feuersicheren Kammern 12 oder die Kammer 26 ein.

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Um die Anwesenheit eines Fremdgases festzustellen, wenn seine Konzentration sich dem LEL-Wert nähert, besteht das atmosphärische Gas aus dem bekannten gasförmigen Medium mit bekannter Brenncharakteristik und ebenfalls aus einem Anteil des brennbaren Fremdgases. Eine bekannte Menge eines Referenzgases unterhalb ihres LEL-Wertes in dem gasförmigen Medium wird entweder kontinuierlich oder periodisch in die Gasprobe einer jeden Kammer 12 oder 26 eingegeben, so daß die Gase miteinander mischen, wobei die besondere Menge des Referenzgases vorbestimmt wurde in Abhängigkeit von dem Druck in den Kammern 12 oder 26.

Periodisch oder in vorbestimmten Zeitabständen wird ein elektrischer Funke erzeugt durch die Zündvorrichtungen 17, 17A,und wenn eine Zündung erfolgt, erzeugt die Prüfvorrichtung 18, 18A ein Signal und löst dadurch das angeschlossene Warnsystem aus.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 1 kann auf zwei verschiedene Weisen benutzt werden. Einmal kann bei einer Mehrzahl von Kammern 12 jede einzelne Kammer 12 in einer kontinuierlich zu überwachenden Zone angeordnet werden, so daß jede Kammer 12 zugleich mit den anderen Kammern 12 benutzt wird. Zum anderen kann die Steuerung für die Zündvorrichtung 17 und die Prüfvorrichtung 18 eines jeden

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Behälters selektiv betätigt werden, so daß in dem Bereich einer bestimmten Kammer 12 Stichproben gemacht werden können. Eine zyklische Betätigung ist ebenfalls möglich, so daß jede durch eine Kammer 12 abgedeckte Zone periodisch geprüft werden kann.

Die Anordnung gemäß Fig. 2 besitzt lediglich eine Prüfkammer 26, die mit einer Mehrzahl von Einlaßöffnungen 13A verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform kann der Fremdgas-Anteil des die Rohrleitung 1OA umgebenden Mediums im Durchschnitt über jede der durch die öffnungen 13A gegebenen Bereiche ermittelt werden. Die Prüfkammer 26 kann bei dieser Ausführungsform außerhalb der zu überprüfenden Zonen angeordnet sein.

Um eine zuverlässige und genaue Prüfung und Ermittlung sicherzustellen, muß das Referenzgas in Anpassung an das jeweilige Fremdgas, das bei einem gegebenen gasförmige Medium überprüft werden soll, ausgewählt und bemessen sein. Die vorliegende Erfindung kann lediglich für Alarmzwebke verwendet werden, bei der es nur erforderlich ist, zu wissen, ob das anwesende Fremdgas in seinen Konzentrationen sich einem gefährlichen Grad nähert; die Erfindung kann auch verwendet werden zur Bestimmung der Konzentration des Fremdgases mit ziemlicher Genauigkeit.

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Im letzteren Falle muß der LEL-Wert des Fremdgases in der gasförmigen Mischung bekannt sein, so daß der prozentuale LEL-Wert des Fremdgases in der Probe bestimmt werden kann durch Eingabe einer geeigneten Menge an Referenzgas bei jedem Test. Butan und insbesondere Propan sind zwei Referenzgase, die benutzt werden können zur Prüfung brennbarer Gase unter Verwendung der vorbeschriebenen Einrichtung; diese Gase können auch als Referenzgase verwendet werden, wenn ihre Anwesenheit als Fremdgase bestimmt werden soll.

Die Fig. 3 zeigt eine Graphik, die die Verwendung von Propan als Referenzgas erläutert, wenn Methan als Fremdgas in Luft geprüft und ermittelt werden soll. In Luft hat das Methan einen LEL-Wert entsprechend einer 5%igen Konzentration. Wenn es erwünscht ist, die Anwesenheit von Methan mit einer Konzentration von beispielsweise wenigstens 2,5% zu ermitteln, beträgt die minimale erforderliche Konzentration von Propan in der Kammer annähernd 1,0%, um eine Zündung zu ermöglichen. Durch Steuerung der Menge des in die Kammer eingegebenen Propans derart, daß eine erwünschte Konzentration erhalten wird, und durch Zündungsversuche über einen Bereich der Methangas-Konzentrationen kann die ungefähre Konzentration des Methans bestimmt werden.

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Der Zweck vieler Anlagen besteht jedoch darin, eine Warnung zu geben, wenn die Konzentration eines brennbaren Fremdgases in Luft einen vorbestimmten Wert überschreitet so daß die gleiche Menge des Referenzgases freigegeben werden kann für jeden Zündungsversuch. Der prozentuale LEL-Wert des brennenden Fremdgases oder der Mischung brennbarer Gase in Luft hat annähernd die gleiche Beziehung zu dem Prozentsatz des Referenzgases wie das Methan zu dem Referenzgas-Propan gemäß Fig. 3.

Wenn die Zündung in einer feuerfesten Kammer 12 oder 26 erfolgt, erfolgt die Verbrennung solange, wie das brennbare Gas anwesend ist. Die abgebrannten gasförmigen Produkte werden durch den Ventilator in die Rohrleitung 10, 1OA überführt, um gesichert durch das Auspuffsystem 16 abgeführt zu werden.

Damit eine Zündung in den feuerfesten Kammern 12 oder erfolgen kann, muß ausreichend Sauerstoff in der Kammer anwesend sein. Dieser Sauerstoff kann einen Bestandteil des gasförmigen Mediums oder des Fremdgases bilden. Wenn das gasförmige Medium Luft oder ein anderes «auerstoffhaltiges Gas ist, kann die Freisetzung einer plötzlichen großen Menge von Fremdgas eine feuerfeste Kammer 12 oder 26 überschwemmen, so daß bei einem Zündungsversuch in

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der Kammer unzureichender Sauerstoff anwesend ist, um eine Verbrennung auszulösen, das heißt, die Konzentration des Fremdgases in der Kammer liegt oberhalb des UEL-Wertes. Daher wird solange, bis diese Menge des Fremdgases ausreichend um die Kammer 12 oder die Einlaßöffnungen 13A verteilt ist, keine Warnung gegeben, trotzdem eine beträchtliche Feuer- und/oder Explosionsgefahr besteht. Es gibt zwei Wege, dieses Problem zu überwinden, um eine schnelle Harnung bei Anwesenheit großer Mengen von Fremdgas in dem zu überwachenden Bereich zu erhalten.

Eine erste Lösung dieses Problems besteht darin, der gasförmigen Mischung in der feuerfesten Kammer 12 oder 26 Sauerstoff zuzugeben vor einem Zündungsversuch. Zu diesem Zwecke kann Sauerstoff als Referenzgas zugegeben werden. Hierbei kann jedoch die Verwendung von Sauerstoff selbst die Gefahr eines Feuers oder einer Explosion ergeben. Bei einer zweiten und bevorzugten Lösung des Problems wird ein nachgeschaltetes (back-up) Prüfsystem benutzt, das dem Auspuffsystern 16 zugeordnet ist, wie später beschrieben wird.

Die abzuführende gasförmige Mischung kann aus einer der folgenden Mischungen bestehen:

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1. aus der mit dem Referenzgas vermischten gasförmigen Mischung, wobei kein Fremdgas anwesend ist, so daß keine Verbrennung stattgefunden hat;

2. aus den verbrannten Produkten der gasförmigen Mischung, des Fremdgases und des Referenzgases; oder

3. aus einer großen Menge des Fremdgases gemischt mit dem Referenzgas und einer kleinen Menge des gasförmigen Mediums.

Diese gasförmigen Mischungen können entweder durch Vergütung oder durch Abbrennen an einer Stelle abgeführt werden, die entfernt von der zu überwachenden Zone liegt

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist das Auspuffsystem 16 in Forderrichtung hinter dem Ventilator 15 angeordnet und besteht aus einem nachgeschalteten Prüfsystem 27 zum Verbrennen einer Referenzflamme in der Hauptleitung 10 und aus einer Vorrichtung 28 zum Abbrennen der aus den Kammern 12 freizugebenden Auspuffgase.

Das nachgeschaltete Prüfsystem 27 besitzt einen unabhängigen Gasbrenner 29, der in Strömungsrichtung un-

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mittelbar hinter dem Ventilator 15 angeordnet und aus einer unabhängigen Gasquelle über eine Leitung 30 gespeist wird. Das zur Speisung des Brenners 29 verwendete Gas hängt ab von den Auspuffgasen, die als anwesend in der Rohrleitung zu erwarten sind, da Schwankungen in den Anteilen und den Konzentrationen dieser Auspuffgase die physikalischen Eigenschaften der Referenzflamme beeinflussen. Beispielsweise kann die Temperatur, die Intensität, die Farbe oder die Größe der Referenzflamme sich ändern in Abhängigkeit von der umgebenden gasförmigen Atmosphäre. Diese Änderungen können durch einen geeigneten Detektor 31 erfaßt werden, der in der Rohrleitung 10 benachbart zum Brenner 29 angeordnet ist und an das Warnsystem der Prüfvorrichtungen 18 angeschlossen ist. Es ist somit möglich, die Resultate der gesteuerten Zündung der Gase in den Kammern 12 zu ermitteln. Wenn die Kammern 12 durch eine große Menge von Fremdgas, beispielsweise Sauerstoff, überschwemmt werden, und daher die Anwesenheit des Fremdgases nicht festgestellt wird, wird die Referenzflamme derart beeinflußt, daß das Warnsystem durch ein Signal des Detektors 31 ausgelöst wird. In einigen Fällen kann die Referenzflamme selbst ausgelöscht werden, um das Warnsystem auszulösen. Dort, wo dies leicht geschehen kann, kann der Brenner 29 mit nicht dargestellten Mitteln für eine automatische wiederholte Zündung, beispielsweise durch einen Funkenstöpsel ausgestattet werden.

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• 3.2-

Die Vorrichtung 28 zum Abbrennen der Auspuffgase besteht aus einem zweiten größeren Brenner 32, der ebenfalls mit einem Gas aus einer unabhängigen Quelle über eine Leitung 33 gespeist wird. Der Brenner 32 ist an einem Ende der Rohrleitung 10 angeordnet, das als Düse 34 ausgebildet ist, die an einer Stelle liegt, wo ein sicheres Abbrennen der Gase in der Atmosphäre erfolgen kann, wobei die Auspuffgase in der Rohrleitung 10 in die Flamme des Brenners 32 eingezogen werden. Wenn nicht eine große Menge von brennbarem Gas in den Auspuffgasen anwesend ist, ist es erforderlich, für den Brenner 52 ein brennbares Gas zu verwenden, um das Abbrennen der Gase zu erreichen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn brennbares Gas in dem Auspuffgas anwesend ist, das in den Kammern 12 nicht verbrannt wurde. Die Flamme des Brenners 32 kann ebenfalls mit Prufvorrichtungen und mit Einrichtungen zur erneuten Zündung versehen sein.

Die Fig. 4 zeigt ein abgewandeltes Auspuff sys tem, das benutzt werden kann, und anschließend im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß Fig. 2 beschrieben wird. Hier ist das nachgeschaltete Prüfsystem in der Rohrleitun 1OA in Strömungsrichtung vor dem Ventilator 35 angeordnet Hie bei der vorhergehenden Ausführungsform, besteht das nachgeschaltete Prüfsystem aus einem Brenner 29A, der mit

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einem Gas über eine Leitung 3IA aus einer unabhängigen Quelle gespeist wird. Dem Brenner 29A ist ein Detektor 31A zugeordnet, und das System arbeitet in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben wurde.

In Strömungsrichtung nach dem nachgeschalteten Prüfsystem ist eine Einlaßöffnung 36 in der Rohrleitung 1OA angeordnet, die durch eine Flammenfalle 37 abgedeckt ist. Die Einlaßöffnung 36 liegt in Strömungsrichtung vor dem Ventilator 35 und ist gegenüber einer nicht verunreinigte] Luft oder einem anderen nicht toxischen oder nicht brennbaren Gas geöffnet, das in die Rohrleitung 1OA eingesaugt wird, um es mit den Auspuffgasen in einer Kammer 38 zu mischen, die in der Rohrleitung 1OA in Strömungsrichtung hinter dem Ventilator 35 angeordnet ist. Auf diese Weise können die Auspuffgase ausreichend verdünnt werden zur einer Gasmischung, die ohne Gefahr an einer geeigneten Stelle in die Atmosphäre entlassen werden kann. Diese Entlassung geschieht an dem Ende 39 der Rohrleitung 1OA, das einen Schornstein bilden kann und mit einer weiteren Flammenfalle 40 abgedeckt ist.

Bei beiden Ausführungsformen des Auspuffsystems können die Ventilatoren 15 und 35 durch eine positive Verdränguncfspumpe ersetzt werden, so daß die Wirkung von Gasdruck-

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differenzen in der Atmosphäre um die Rohrleitung 10_f IOA herum wie sie durch den Wind oder durch andere Wetter einflüsse erzeugt werden können, reduziert wird.

Das Auspuff sys tem kann eine weitere Abwandlung erfahren, wie zu Fig. 1 beschrieben, bei der ein Wärmefühler oder ein anderer geeigneter Detektor vorgesehen ist, der der durch die abzubrennenden Gase erzeugten Flamme zugeordnet und an das Warnsystem angeschlossen ist. Diese Ausführung form kann in Verbindung mit dem nachgeschalteten Prüfsystem oder als Alternative zu ihm verwendet werden.

Bei allen Ausführungsformen des Auspuffsystems kann .Stadtgas oder Erdgas benutzt werden, das verhältnismäßig billig und in ausreichendem Umfange zur Verfügung steht, und das den Auspuffgasen nicht in gleicher vorbestimmter und vorbemessener Menge wie das Referenzgas zugegeben werden muß.

Weitere Prüf- und Uberwachüngssysteme können bei den vorbeschriebenen Einrichtungen benutzt werden. Beispielsweise kann die Zündvorrichtung elektrisch überwacht werden und das Warnsystem kann periodisch überprüft werden durch eine automatisch oder von Hand durchzuführende Erhöhung

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der Fließgeschwindigkeit des Referenzgases zu der feuerfesten Kammer auf einen oberhalb des LEL-Wertes des Referenzgases in der gasförmigen Mischung liegenden Wert, um das Warnsystem auszulösen. Der auf diese Weise erzeugte Alarm kann für Testzwecke unterdrückt werden. Es kann auch der Druck des Referenzgases überwacht werden, um eine Anzeige von Leckagen oder anderweitigen Druckreduktionen, beispielsweise infolge einer Beschädigung der Leitungen, zu erhalten. Dies ist insbesondere vorteilhaft im Interesse der Feuergefahr in unmittelbarer Nachbarschaft, wenn das Referenzgas selbst brennbar ist. Außerdem kann der dem Transport des gasförmigen Mediums und des Fremdgases in die feuerfesten Kammern dienende Ventilator überwacht werden anhand des von ihm erzielten Unterdruckes.

Sämtliche vorerwähnten überwachungsvorrichtungen zusammen mit den Detektoren der Prüfsysteme selbst können an einer Haupt-Kontrolltafel angeschlossen sein, auf der die gesamte Installation konstant überwacht werden kann bezüglich ihrer einwandrfreien Arbeitsweise. Es können Anordnungen getroffen sein, die Arbeit der Installation nach einer Warnung oder nach einer Zahl von zyklisch aufeinanderfolgenden Warnsignalen.einzuschränken.

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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Prüfung und Anzeige der Anwesenheit eines brennbaren Gases in einem vergleichsweise nicht brennbaren Gas_r sondern kann auch benutzt werden zur Prüfung und Anzeige der Anwesenheit irgendeines Gases in irgendeinem anderen Gas, bei denen sich die Brenncharakteristiken der Gase unterscheiden. Wenn gefährliche Konzentrationen nicht brennbarer Gase, beispielsweise Halon, in einem gasförmigen Medium festgestellt werden sollen, können die erfindungsgemäßen Einrichtungen leicht angepaßt werden. In einem solchen Falle ist es zweckmäßig, einen Sauerstoffmangel in den feuerfesteji Kammern zu prüfen. Da die Zufuhr des Referenzgases zu den feuerfesten Behältern konstant ist, so daß unter normalen Bedingungen, wenn nämlich kein Fremdgas anwesend ist, die Konzentration des Bezugsgases in dem gasförmigen Medium oberhalb des LEL-Wertes liegt, wird immer eine Zündung stattfinden. Wenn dagegen eine bestimmte Konzentration des Fremdgases anwesend ist, wird die Menge des Sauerstoffs in der feuerfesten Kammer so reduziert, daß keine Zündung erfolgt und ein Warnsignal gegeben wird. In diesem Falle muß das gasförmige Medium oder das Referenzgas Sauerstoff enthalten, und das Wärme-Fühlsystem muß das Warnsystem auslösen, wenn keine Zündung stattfindet.

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Hierbei ist es auch möglich, das nachgeschaltete mit dem Auspuffsystem gekuppelte nachgeschaltete Prüfsystem zu verwenden, da die Anwesenheit eines nicht brennbaren Gases die Referenzflamme beeinflußt.

Bei dieser letzteren Anwendung ist es möglich, eine Variation des nachgeschalteten Prüfsystems ohne Beziehung zu dem Hauptprüfsystem zu verwenden. Beispielsweise kann ein tragbarer feuerfester Behälter benutzt werden, in dem eine gasgespeiste Flamme konstant brennend gehalten wird, die von einem mit einer Skala versehenen Thermoelement überwacht wird, um Änderungen der Flammentemperatür anzuzeigen, die durch die Anwesenheit nicht brennbarer Gase verursacht werden. Eine ähnliche tragbare Vorrichtung kann auch verwendet werden zur Prüfung und Anzeige der Anwesenheit von brennbaren Gasen bei entsprechender geeigneter Abänderung.

Es ist außerdem möglich zu prüfen, ob gasförmige Mischungen ein Fremdgas oberhalb des UEL-Wertes enthalten, in dem Prüfungen durchgeführt werden, um sicherzustellen, daß keine Zündung erfolgt, wenn kein Referenzgas der gasförmige Mischung zugegeben wird, und daß eine Zündung erfolgt, wenn ein oxidierendes Referenzgas der gasförmigen Mischung zugeführt wird.

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In diesen Fällen ist es vorteilhaft. Luft oder Sauerstof als Referenzgas zu benutzen, und in der Praxis kann die Konzentration des Fremdgases so überwacht werden, daß eine Warnung erfolgt, wenn die Konzentration unterhalb eines vorbestimmten Wertes benachbart dem ÜEL-Wert abfällt.

Wie die vorstehende Beschreibung zeigt, ist bei der Erfindung gewährleistet, daß ein schnelles Ansprechen erfolgt, ohne daß die Möglichkeit einer Verseuchung oder einer weitgehenden Änderung der Empfindlichkeit gegeben ist. Außerdem kann die Erfindung benutzt werden, zur Prüfung sehr unterschiedlicher Gase, wobei die verwendete Apparatur entsprechend dem Typ des zu prüfenden Gases kalibriert und eingestellt werden kann. Die Erfindung ist auch geeignet zur Verwendung außerhalb und innerhalb von Tanks, Bottichen und dergleichen, die in der Industrie benutzt werden und mit einer gasförmigen Atmosphäre arbeiten, die überwacht werden muß.

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e e r s e 11

Claims

ANSPRÜCHE

.) Verfahren zur Ermittlung der Anwesenheit eines Fremdgases in einem gasförmigen Medium bekannter Verbrennungscharakteristik, dadurch gekennzeichnet , daß eine Probe des möglicherweise durch das Fremdgas verunreinigten gasförmigen Mediums mit einer bekannten Menge eines Referenzgases bekannter Verbrennungscharakteristik in einer feuerfesten Kammer gemischt wird, daß anschließend versucht wird, das in der Kammer befindliche Gasgemisch zu zünden, und daß der Zündungsversuch durch einen Detektor überwacht wird zur Anzeige der Anwesenheit eines oberhalb einer vorbestimmten Konzentration in dem gasförmigen Medium vorliegenden Fremdgases.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bekannte Menge des Referenzgases mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in die feuerfeste Kammer eingegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bekannte Menge des Referenzgases in die in der feuerfesten Kammer befindliche Probe des gasförmigen Mediums eingegeben wird.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an den Zündungsversuch die in der feuerfesten Kammer anwesende gasförmige Mischung einem Auspuffsystem zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Auspuffsystem die gasförmige Mischung mit einem brennbaren Gas gemischt und die Mischung abgebrannt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Auspuffsystem die gasförmige Mischung durch Zumischung eines anderen Gases verdünnt und anschließend in die Atmosphäre entlassen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in der feuerfesten Kammer befindliche gasförmige Mischung nach Beendigung des Zündungsversuches einem zusätzlichen, nachgeschalteten (back-up) Detektorsystem zugeführt Wird.

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8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem nachgeschalteten Detektorsystem eine Referenzflamme eines zweiten brennbaren Referenzgases in der durch die aus der feuerfesten Kammer entlassene gasförmige Mischung gebildeten Atmosphäre abgebrannt wird, und daß die Referenzflamme durch einen Detektor überwacht wird zur Beobachtung einer durch Änderungen in dem aus der feuerfesten Kammer entlassenen gasförmigen Medium bedingten Veränderung oder des Erlöschens der Referenzflamme.
9. Verfahren nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Abbrennen der gasförmigen Mischung gebildete Flamme durch einen Detektor überwacht wird zur Beobachtung einer durch Änderungen des gasförmigen Mediums bedingten Veränderungen oder des Erlöschens der Flamme.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Proben des möglicherweise durch ein Fremdgas verunreinigten gasförmigen Mediums aus einer Vielzahl von innerhalb des zu beobachtenden Bereiches liegenden Stellen entnommen wird, und daß die Proben zu einer einzigen Probe gemischt werden zur Ermittlung einer durchschnit

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lichen Konzentration des Fremdgases in dem gasförmigen Medium.
11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 10 bestehend aus wenigstens einer feuerfesten Kammer (12), aus einer Vorrichtung zur Zuführung einer Probe des möglicherweise mit einem Fremdgas verunreinigten gasförmigen Mediums in die Kammer (12), aus einer Ventilanordnung (24) zur Einführung einer bekannten Menge eines Referenzgases bekannter Verbrennungscharakteristik in die Kammer (12), aus einer in der Kammer (12) angeordneten Zündvorrichtung (17) und aus einer Prüfvorrichtung (18) zur Überwachung des Inneren der Kammer (12) und zur Anzeige einer erfolgten Zündung des in der Kammer (12) befindlichen Gasgemisches.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß die feuerfeste Kaminer (12) aus porösem feuerfesten Material besteht, wobei das gasförmige Medium durch zwei gegenüberliegende Kammerwandungen in die Kammer eintritt und aus ihr austritt.
13. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Kammer aus einem nicht brennbaren

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Behälter besteht, der eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung (14,11) besitzt, von denen jede durch eine Flammenfalle (13) abgedeckt ist.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündvorrichtung (17) aus einem Funkenstöpsel (19) besteht, der an eine elektrische Stromquelle (20,21) angeschlossen ist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Zuführung der Probe des gasförmigen Mediums in die Kammer (12) einen Ventilator (15) oder eine Verdrängungspumpe besitzt.
16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Kammer (12) mit dem Auspuffsystem (16) über eine Rohrleitung (10) verbunden ist, und daß der Ventilator (15) oder die Verdrängungspumpe in der Leitung (10) zwischen der Kammer (12) und dem Auspuffsystem (16) angeordnet ist.

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17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Auspuffsystem (16) einen an dem einen Ende der Leitung (10) angeordneten, mit einem Brenngas beschickbaren ersten Brenner (32) besitzt, und daß das Ende der Leitung (10) eine Düse (34) bildet, durch die die gasförmige Mischung durch den ersten Brenner (32) abgebrannt werden kann.
18. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Auspuff system (16) eine in Strömungsrichtung hinter dem Ventilator (35) oder der Verdrängungspumpe liegende Kammer (38) besitzt zur Verdünnung der gasförmigen Mischung durch ein anderes Gas, das der Kammer (38) über eine in der Leitung (1OA) angeordnete in Strömungsrichtung vor dem Ventilator (35) oder der Verdrängungspumpe liegende Öffnung (36) zuführbar ist, und daß die auf diese Weise verdünnte gasförmige Mischung in die Atmosphäre aus dem durch eine Flammenfalle (40) abgedeckten Ende (39) der Leitung (1OA) entlassen wird.

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19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein nachgeschaltetes Prüfsystem (27) vorgesehen ist, in dem eine Referenzflamme angeordnet ist, die in einer Atmosphäre abgebrannt wird, die aus der aus der Kammer (12 bzw. 26) nach erfolgter Zündung entlassenen gasförmigen Mischung besteht.
20. Einrichtung nach Anspruch 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das nachgeschaltete Prüfsystem (27) einen Referenzbrenner (29) für eine durch ein zweites Referenzgas gespeiste Flamme besitzt, wobei der Referenzbrenner (29) in der Leitung (10) in Strömungsrichtung vor der Kammer (12) liegt, und daß benachbart zum Referenzbrenner (29) ein Detektor (31) angeordnet ist, der auf eine Veränderung oder auf ein Erlöschen der Referenzflamme anspricht.
21. Einrichtung nach Anspruch 17 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzbrenner (29) in Strömungsrichtung in der Leitung (10) hinter dem Ventilator (15) oder der Verdrängungspumpe, jedoch vor der Düse (34) angeordnet ist.

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22. Einrichtung nach Anspruch 18 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzbrenner (29A) in der Leitung (1OA) in Strömungsrichtung vor dem Ventilator (35) oder der Verdrängungspumpe angeordnet ist, und daß die Öffnung (36) in Strömungsrichtung hinter der Kammer (26) liegt.
23. Einrichtung nach Anspruch 17 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß das nachgeschaltete Prüfsystem (27) einen benachbart zu dem ersten Brenner (29) liegenden Detektor (31) besitzt zur Überwachung einer Änderung oder eines Erlöschens der Flamme.
24.;Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Kammer (26) in der Leitung (10A) angeordnet ist und durch ein Paar im Abstand angeordneter Flammenfallen (25A) gebildet ist, daß die Leitung (10A) eine Mehrzahl von im Abstand angeordneten, in Strömungsrichtung vor der Kammer (26) liegenden, durch Flammenfällen (13A) abgedeckten Einlaßöffnungen (.11A) besitzt, durch die eine Mehrzahl von Proben aus dem durch die Leitung (10A) zu überwachenden Bereich der Kammer (26) zugeführt werden zur Ermittlung eines Durchschnittswertes der Anwesenheit eines Fremdgases in dem gasförmigen Medium des zu überwachenden Bereiches. 9 0 9832/0561