DE3544568C2 - - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bestim­ mung des Absolutwerts der Konzentration bzw. der Dichte von Salzen in der Atmosphäre und zu ihrer kontinuierli­ chen Überwachung gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung zur Bestimmung des Absolutwerts der Dichte bzw. Konzentration von Salzen in der Atmosphäre, wie sie bereits von den Erfindern ent­ wickelt worden ist (DE 34 47 344 A1). In den Figuren steht die Bezugsziffer 1 für einen luftdichten Wassertank mit einem vorbestimm­ ten Fassungsvermögen, der eine vorbestimmte Menge super­ reinen Wassers 37 mit einem speziellen Widerstand von mehr als 15 MΩ·cm enthält. Der Tank 1 besteht aus einem Material, welches kein gelöstes Material einschließlich Natriumionen abgibt, wie beispielsweise transparentem Po­ lyvinylchlorid. Die Bezugsziffer 2 steht für eine Leitung, mit der superreines Wasser in den Tank 1 eingeführt wird. Die Bezugsziffer 3 steht für ein in der Leitung 2 vorge­ sehenes Ventil. Die Leitung 2 und das Ventil 3 bilden die Einrichtung 30 zur Wasserversorgung. Die Bezugsziffer 4 steht für ein Einleitungsrohr zum Einleiten oder Einbla­ sen von Luft aus der Atmosphäre in das in dem Tank 1 vor­ liegende superreine Wasser 37, um in dieser Weise die in der Atmosphäre vorhandenen Salze in dem superreinen Was­ ser 37 zu lösen. Die Bezugsziffern 4, 6, 8, 7 und 14 ste­ hen für eine Leitung, ein Ventil, eine Pumpe, ein Strö­ mungsmeßgerät und eine Zeitschaltuhr und bilden gemeinsam die Einrichtung 40 zur Versorgung des Einleitungsrohrs 5 mit der Atmosphärenluft. Die Bezugsziffern 9 und 10 stehen für Strömungsschalter, die das Niveau des superreinen Wassers 37 in dem Tank 1 auf einem vorbestimmten Wert halten. Die Bezugsziffer 12 steht für eine Abzugsleitung zum Abziehen des in dem Tank 1 vorhandenen superreinen Wassers 37 nach außen. Die Bezugsziffer 11 betrifft ein in der Ab­ zugsleitung 12 vorgesehenes Ventil, so daß die Abzugslei­ tung 12 und das Ventil 11 die Einrichtung 50 zum Abziehen des Wassers bilden. Die Bezugsziffer 13 steht für einen Natriumionenanalysator zur Bestimmung der Konzentration bzw. Dichte der Na⁺-Ionen in dem in einer bestimmten Men­ ge abgezogenen superreinen Wasser. Dabei taucht der Mate­ rialeinlaß 13a des Natriumionenanalysators 13 in das abge­ zogene Wasser ein.

Die Bezugsziffer 29 steht für eine Umgehungsleitung zur Zuführung des superreinen Wassers von der Wasserversor­ gungseinrichtung 30 zu dem Materialeinlaß 13a des Natrium­ ionenanalysators 13 während der Einleitung der Luft. Die­ se Umgehungsleitung 29 ist in bezug auf den Materialein­ laß 13a stromaufwärts des Wasserstroms von dem Wassertank 1 in die Abzugsleitung 12 angeordnet. Die Bezugsziffer 31 steht für ein in der Leitung 29 vorgesehenes Ventil. Die Leitung 29 und das Ventil 31 bilden die Umgehungseinrich­ tung 70 zur Zuführung von superreinem Wasser, wobei die Umgehungseinrichtung 70 und der Natriumionenanalysator 13 eine Einrichtung zur Bestimmung des Untergrundwerts der Natriumionenkonzentration in dem superreinen Wasser in der Wasserversorgungseinrichtung 30 während des Einleitens der Luft darstellen. Die Bezugsziffer 28 steht für eine Leitung zur Einführung von superreinem Wasser zum Waschen des Wassertanks 1, während die Bezugsziffer 36 ein in der Leitung 28 vorgesehenes Ventil betrifft. Die Leitung 28 und das Ventil 36 bilden die Einrichtung 60 zum Waschen des Wassertanks 1. Die Bezugsziffer 18 steht für ein die äußere Oberfläche des zylindrischen Einleitungsrohrs 5 be­ deckendes Netz oder Sieb. Dieses Netz 18 kann auch im In­ neren des Einleitungsrohrs 5 vorgesehen werden.

Die Vorrichtung wird wie folgt betrieben:

Zunächst wird das Ventil 3 in der Wasserversorgungseinrichtung 30 geöffnet, so daß das superreine Wasser 37 mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 15 MΩ·cm über die Leitung 2 in den luftdichten Wassertank 1 einströmt. Wenn der Strömungsschalter 9 schaltet, wird das Ventil 3 in der Wasserversorgungseinrichtung 30 geschlossen und unterbricht die Zufuhr von superreinem Wasser 37 in den Tank 1. In dieser Weise wird der luftdichte Wassertank 1 mit einer vorbestimmten Menge des superreinen Wassers 37 gefüllt. Wenn das Ventil 6 in der Einrichtung 40 zur Zu­ fuhr der Atmosphärenluft geöffnet und die Pumpe 8 in Be­ trieb gesetzt wird, wird die Atmosphärenluft mit einer konstanten Strömungsrate während einer vorbestimmten Zeit­ dauer über die Leitung 4 in das Einleitungsrohr 5 einge­ führt. Über das Einleitungsrohr 5 wird die Luft in das in dem Tank 1 vorliegende superreine Wasser 37 eingeleitet, so daß sich die in der Luft vorhandenen Salze, d. h. NaCl, in dem superreinen Wasser 37 lösen. Wenn das Einleiten be­ endet ist, werden das Ventil 6 geschlossen, das Ventil 11 in der Einrichtung 50 zum Abziehen des Wassers geöffnet und das superreine Wasser in dem Tank 1 über die Leitung 12 aufgrund seiner potentiellen Energie mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit nach außen abgeführt. Mit Hilfe des Natriumionenanalysators 13, dessen Materialeinlaß 13a in das abgezogene superreine Wasser eintaucht, wird die Dichte bzw. die Konzentration der Na⁺-Ionen in dem super­ reinen Wasser gemessen. In dieser Weise erhält man den Absolutwert der Dichte bzw. Konzentration der Salze in der Atmosphäre über die Dichte bzw. Konzentration der Na⁺-Io­ nen in dem superreinen Wasser, welche man mit dem Natrium­ ionenanalysator 13 mißt und über eine Massenumwandlung von Na⁺ zu NaCl berechnet.

Aufgrund des Abziehens des superreinen Wassers schaltet der Strömungsschalter 10 zur Öffnung des Ventils 3, wo­ durch der oben beschriebene Meßvorgang wiederholt wird. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung. In die­ sem Fall wird die Menge der zuzuführenden Luft mit Hilfe des Strömungsmeßgeräts 7 gemessen und über das Ventil 6 gesteuert. Die Zeitdauer der Luftzufuhr kann über die Zeit­ schaltuhr 14 gesteuert werden. Weiterhin kann die Zeitdauer der Zuführung des superreinen Wassers mit Hilfe einer (nicht dargestellten) Einrichtung in der Wasserversorgungs­ einrichtung 30 gesteuert werden.

Während des Einleitens der Luft wird das superreine Wasser von der Wasserversorgungseinrichtung 30 dem Materialein­ laß 13a des Natriumionenanalysators 13 mit einer vorbe­ stimmten Strömungsgeschwindigkeit über die Umgehungsein­ richtung 70 durch die Umgehungsleitung zugeführt, um den Untergrundwert der Natriumionen, d. h. die Dichte bzw. Konzentration der Natriumionen in dem superreinen Wasser vor dem Einleiten der Luft,in dem Natriumionenanalysator 13 zu messen. Nachdem das superreine Wasser, in das die Luft eingeleitet worden ist, abgezogen worden ist, wird superreines Wasser über die oberhalb des Tanks 1 vorgese­ hene Leitung 28, die sich im Inneren des Wassertanks 1 in zwei Leitungen verzweigt, in den Wassertank 1 eingeführt, um diesen zu waschen. Durch Wiederholen der oben beschrie­ benen Maßnahme ist es möglich, den Absolutwert der Salz­ konzentration in der Atmosphäre bei einem stabilen Unter­ grundwert der Natriumionen zu messen und kontinuierlich zu überwachen, so daß sich äußerst verläßliche und wieder­ holbare Ergebnisse erzielen lassen.

In dieser Vorrichtung ist eine Umgehungseinrichtung zur Zuführung des superreinen Wassers über die Umgehungslei­ tung zu dem Natriumionenanalysator vorgesehen, um den Un­ tergrundwert des Natriumionenanalysators zu stabilisieren, während eine Einrichtung zum Waschen des Wassertanks unter Verwendung des superreinen Wassers vorgesehen ist, mit der die restlichen, im Tank vorhandenen Natriumionen beseitigt werden. Dieser Aufbau ermöglicht sehr genaue und verläßli­ che Meßwerte.

Weiterhin werden die durch das Einleitungsrohr 5 gebilde­ ten Gasblasen mit Hilfe des Netzes 18 zerkleinert, um in dieser Weise die Kontaktoberfläche zwischen Luft und su­ perreinem Wasser möglichst groß zu machen. Weiterhin wird die Geschwindigkeit der dem Einleitungsrohr 5 zugeführten Luft über das Ventil 6 und das Strömungsmeßgerät 7 derart gesteuert, daß sie der Luftströmung außerhalb der Vorrich­ tung entspricht. Wenn beispielsweise die Einrichtung im Freien installiert wird, wird die oben angesprochene Ge­ schwindigkeit derart eingestellt, daß sie gleich ist der Geschwindigkeit der Umgebungsluft, während dann, wenn die Vorrichtung in einem belüfteten Reinraum installiert wird, die Geschwindigkeit derart eingestellt wird, daß sie der Geschwindigkeit der Luftströmung innerhalb des Raums ent­ spricht. Dies ermöglicht stabile Meßwerte unabhängig von Änderungen des Zustands der Atmosphäre, was besonders wirksam ist beim Einsatz der Vorrichtung in Küstennähe.

Schließlich ist es natürlich möglich, die Luftmenge und die Einleitungszeitdauer in Abhängigkeit von der Salzkonzen­ tration in der Atmosphäre in jenem Bereich, wo die Messung durchgeführt wird, zu steuern. Der Natriumionenanalysator besitzt einen Meßbereich von 0,1 ppb bis 1000 ppb und kann mit einer Alarmeinrichtung versehen sein, um ein Alarmsi­ gnal zu erzeugen, wenn die Meßergebnisse die Obergrenze des Meßbereichs übersteigen, um hierdurch Gegenmaßnahmen gegen eine zu hohe Salzkonzentration in Küstenbereichen zu ermöglichen.

Diese Vorrichtung besitzt jedoch den Nachteil, daß das in dem Tank 1 vorliegende Wasser durch Ölnebel der Pumpe 8 verunreinigt ist, da die Luft mit Hilfe der Pumpe 8 von außen in dem Tank 1 eingeführt wird. Weiterhin ist es schwierig, wegen des manuellen Betriebs der Ventile eine kontinuierliche Überwachung durchzuführen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die oben angesprochenen Nachteile der früheren Vorrichtung zu überwinden und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Absolutwerts der Dichte bzw. Konzentrationen von Salzen in der Atmosphäre anzugeben, die eine kontinuierliche Überwachung, namentlich eine kontinuierliche automatische Überwachung ermöglicht und nicht an Verunreinigungen von Pumpen leidet.

Diese Aufgabe wird nun gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale der Vorrichtung gemäß Hauptanspruch. Die Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Ausführungsformen dieses Erfindungsgegenstandes.

Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zur Bestimmung des Absolutwerts der Konzentration von Salzen in der Atmosphäre, mit einem luftdichten Wassertank, der superreines Wasser enthält, einer Einrichtung zur Versorgung des luftdichten Wassertanks mit superreinem Wasser, einer in dem luftdichten Wassertank vorgesehenen Einrichtung zum Einleiten einer vorbestimmten Menge der Atmosphärenluft in eine vorbestimmte Menge des superreinen Wassers, einer Einrichtung zum Abziehen des superreinen Wassers aus dem luftdichten Wassertank nach dem Einleiten der Luft und einem Natriumionenanalysator zur Bestimmung der Konzentration der Natriumionen in dem abgezogenen superreinen Wasser, welche gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zur Einführung der Außenluft in die Lufteinleitungseinrichtung über die Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite des Wassertanks.

Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrich­ tung zur Bestimmung des Absolutwerts der Dich­ te bzw. Konzentration von Salzen in der Atmo­ sphäre, die früher von den Erfindern entwickelt worden ist;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des in der Fig. 1 dargestellten Netzes 18; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Absolut­ werts der Konzentration von Salzen in der Atmo­ sphäre.

Bei der die erfindungsgemäße Vorrichtung zeigenden Fig. 3 besitzen die angegebenen Bezugsziffern die gleichen Bedeu­ tungen wie sie bezüglich der Fig. 1 angegeben sind.

Bei der in der Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Aus­ führungsform ist in der oberen Wand des Wassertanks 1 ein Druckmindersystem B zur Verminderung des Luftdrucks in dem luftdichten Wassertank 1 vorgesehen, welches System B Luft aus der Atmosphäre über das Einleitungsrohr 5 zu­ führt, und zwar über den Unterschied des Drucks in dem Tank 1 und dem außerhalb vorherrschenden Druck. Demzufol­ ge bilden die Luftversorgungsleitung 4, das Ventil 6, das Strömungsmeßgerät 7 und das Druckmindersystem B eine Luft­ einführungseinrichtung 41 zur Einführung der Luft in das Einleitungsrohr 5. Weiterhin werden die Ventile 3, 11, 6, 31 und 36 in der Versorgungseinrichtung 30 für das super­ reine Wasser, die Einrichtung 50 zum Abziehen des Wassers, der Einrichtung 41 zum Einführen der Luft, der Umgehungs­ einrichtung 70 für das superreine Wasser und der Einrich­ tung 60 zum Waschen des Tanks sämtlich mit Hilfe eines Ventilsteuerungssystems A gesteuert, um eine automatische kontinuierliche Überwachung sicherzustellen. Die Bezugsziffer 14 steht für ein mit dem Natriumionenanalysator 13 verbundenes Aufzeichnungssystem, mit dem die Meßergebnis­ se automatisch und kontinuierlich aufgezeichnet werden.

Der Betrieb der Einrichtung zur Messung und kontinuierli­ chen Überwachung des Absolutwerts der Konzentration bzw. Dichte von Salzen in der Atmosphäre entspricht im wesent­ lichen demjenigen, wie er bezüglich der in der Fig. 1 dar­ gestellten Vorrichtung beschrieben wurde. Bei der erfin­ dungsgemäßen Ausführungsform wird jedoch die Luft nicht mit Hilfe der Pumpe 8 in das Einleitungsrohr 5 eingeführt, wie es bei der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung der Fall ist, sondern über die durch das Druckmindersy­ stem B erzeugte Druckdifferenz zwischen dem Druck in dem Tank 1 und dem Umgebungsdruck. Demzufolge ergibt sich kei­ ne Verunreinigung der Luft und des superreinen Wassers durch über die Pumpe eingeschleppte Öldämpfe. Weiterhin werden sämtliche Ventile 3, 11, 6, 31 und 36 automatisch gesteuert, d. h. durch elektrische Signale geöffnet oder geschlossen, so daß es ohne weiteres möglich ist, eine automatische kontinuierliche Überwachung zu bewirken.

Wie aus den obigen Ausführungen ersichtlich ist, wird er­ findungsgemäß Luft über die Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite des Wassertanks mit Hilfe eines an dem Wassertank vorgesehenen Druckminderungssy­ stems in das Einleitungsrohr eingeführt, wodurch der Ein­ fluß von Verunreinigungen durch Öldämpfe der Pumpe besei­ tigt wird. Dies ermöglicht äußerst genaue Meßergebnisse bezüglich des Absolutwerts der Dichte bzw. Konzentration von Salzen in der Atmosphäre. Da weiterhin sämtliche Ven­ tile der Vorrichtung bezüglich des Öffnens und Schließens automatisch gesteuert werden, wird mit Hilfe der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung eine automatische kontinuierli­ che Überwachung ohne weiteres möglich.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Absolutwerts der Konzentration von Salzen in der Atmosphäre, mit einem luftdichten Wassertank, der superreines Wasser enthält, einer Einrichtung zur Versorgung des luftdichten Wasser­ tanks mit superreinem Wasser, einer in dem luftdichten Wassertank vorgesehenen Einrichtung zum Einleiten einer vorbestimmten Menge der Atmosphärenluft in eine vorbe­ stimmte Menge des superreinen Wassers, einer Einrichtung zum Abziehen des superreinen Wassers aus dem luftdichten Wassertank nach dem Einleiten der Luft und einem Natrium­ ionenanalysator zur Bestimmung der Konzentration der Na­ triumionen in dem abgezogenen superreinen Wasser, ge­ kennzeichnet durch eine Einrichtung (41) zur Einführung der Außenluft in die Lufteinleitungs­ einrichtung (5, 18) über die Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite des Wassertanks (1).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch eine den Natriumionenana­ lysator (13) einschließende Einrichtung (70, 13) zur Be­ stimmung des Untergrundwerts der Konzentration der Natrium­ ionen in dem superreinen Wasser der Wasserversorgungsein­ richtung (30) während des Einleitens der Luft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bestim­ mung des Untergrundwerts (70, 13) den Natriumionenanalysa­ tor (13) und eine Umgehungseinrichtung (70) zur Zuführung des superreinen Wassers von der Wasserversorgungseinrich­ tung (30) über eine Umgehungsleitung (29) zu dem Material­ einlaß (13a) des Natriumionenanalysators (13) umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekenn­ zeichnet durch eine Einrichtung (60) zum Waschen des Wassertanks (1) mit superreinem Wasser.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch eine Einrichtung zur Öffnung und Steuerung sämtlicher Ventile (3, 11, 6, 31, 36) der Vorrichtung im Rahmen einer automatischen kontinuierlichen Überwachung.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekenn­ zeichnet durch eine Einrichtung (70, 13) zur Bestimmung des Untergrundwerts der Natriumionen in dem superreinen Wasser der Wasserversorgungseinrichtung (30) während des Einleitens der Luft, die den Natriumio­ nenanalysator (13) und eine Umgehungseinrichtung (70) zur Zuführung des superreinen Wassers von der Wasserversor­ gungseinrichtung (30) zu dem Materialeinlaß (13a) des Na­ triumionenanalysators umfaßt, und ein Ventil (31) in der Umgehungseinrichtung (70), dessen Öffnen und Schließen ebenfalls durch die Ventilsteuerungseinrichtung gesteuert wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekenn­ zeichnet durch eine Einrichtung (60) zum Waschen des luftdichten Wassertanks (1) mit superreinem Wasser nach dem Abziehen des superreinen Wassers mit Hil­ fe der Abzieheinrichtung (50) aus dem luftdichten Wasser­ tank (1) und ein Ventil (36) in der Tankwascheinrichtung (60), dessen Öffnen und Schließen ebenfalls durch die Ven­ tilsteuerungseinrichtung gesteuert wird.