DE3623893C2 - Detektor zur erfassung von fluessigkeitsleckagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Detektor zur Erfassung von Flüssigkeitsleckagen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere soll ein Detektor zur Erfassung von Leckagen einer korrosiven Flüssigkeit geschaffen werden.

Solche korrosiven Flüssigkeiten sind beispielsweise stark saure oder alkalische Flüssigkeiten. In chemischen Anlagen, in denen große Mengen starker Säuren, beispielsweise Salz­ säure oder Schwefelsäure, oder stark alkalische Flüssigkeiten, z. B. wäßrige Lösungen von Natriumhydroxid, verwendet werden, ist es üblich, die Flüssigkeiten über Rohrleitungen zu be­ fördern. Wenn in einem Rohrleitungssystem eine Leckage statt­ findet, kann die Flüssigkeit zu erheblichen Schäden der Anlage oder gar zu Unfällen führen. Deshalb benötigt man Sensoren, um die Leckage von korrosiven Flüssigkeiten zuverlässig zu erfassen.

Es gibt bereits Vorschläge, Leckagen verschiedener Flüssig­ keiten festzustellen, so beispielsweise offenbart das japa­ nische Gebrauchsmuster 96 248/1983 einen Sensor zum Erfassen einer leitenden Flüssigkeit, das japanische Gebrauchsmuster 167 436/1983 offenbart einen Draht zum Erfassen einer auslau­ fenden Flüssigkeit.

Aus JP-Abstract 57-106838 (A) ist in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Detektor bekannt, der so ausgebildet ist, daß Ölleckagen erfaßt werden. Bei diesem bekannten Detektor ist eine optische Faser von einer Ummantelung aus nichtporösem Silikon­ harz umgeben, die bei Berührung anschwillt und dadurch die Lichtübertragungseigenschaften der Faser verändert. Die Än­ derung der Lichtübertragung geschieht also über Druckänderung, die auf die optische Faser einwirken.

Aus JP-Abstract 56-157 833 (A) ist ein Leckagedetektor für Tieftemperatur-Fluide bekannt. Ein Lichtleiter aus Quarzglas ist von einem Silikonmantel umgeben. Wird der Lichtleiter stark abgekühlt, z. B. durch das eine niedrige Temperatur aufweisende Fluid, so wird das durch die Faser übertragene Licht gedämpft, was mit einem lichtempfangenden Detektor festgestellt wird. Über die spezielle Wirkungsweise des Detektors ist nichts ausgesagt, beispielsweise ist nichts über die Funktion der Ummantelung des Kerns gesagt.

Aus der US 34 83 736 ist eine Maßnahme zum Erkennen von Gas­ leckagen bekannt. Dem Nutzgas, z. B. Brennstoffgas, wird ein Mittel zugemischt, welches bei Austritt des Gasgemisches ins Freie mit dem Sauerstoff in der Luft reagiert, wobei es zu einer Rauchentwicklung kommt. Man kann dem Gas auch Stoffe beimischen, die eine exotherme Reaktion zeigen, welche mittels Infrarotdetektoren erfaßbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Detektor der Eingangs genannten Art anzugeben, der eine Leckage von korro­ siven Flüssigkeiten mit hoher Empfindlichkeit erfaßt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Fortlauf der Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin­ dung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Detektor erzeugt die zu erfassende Flüssigkeit bei Berührung mit der Ummantelung Wärme, wodurch die Lichtübertragung des Lichtleiters geändert wird.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Sensors zum Erfassen einer Leckage einer Flüssigkeit, wobei ein Ende des Sensors stückweise weggebrochen ist, um das Innere des Sensors freizulegen.

Ein Detektor zum Erfassen einer Leckage einer korrosiven Flüssigkeit, z. B. einer Säure oder einer Base, ist mit einem Lichtleiterkern, d. h. einer optischen Faser, und einer ringsum die optische Faser angeordneten wärmeerzeugenden Schicht versehen, wobei die wärmeerzeugende Schicht Wärme erzeugt, wenn sie mit der Flüssigkeit, die erfaßt werden soll, in Berührung kommt und dabei die optische Übertragung der optischen Faser mindert.

Wenn die zu erfassende Flüssigkeit alkalisch ist, kann die rings um die optische Faser angeordnete wärmeerzeugende Schicht durch Dispergieren eines Ammoniumsalzes in einem polymeren Körper mit kontinuierlichen Poren, wie z. B. geschäumtes Urethanharz, ausgebildet werden, wobei sich das Ammoniumsalz in einer alkalischen Flüssigkeit löst und dabei Wärme erzeugt. Die optische Faser kann eine Kunststoffaser sein, da sie leichter ihre optischen Übertragungseigenschaften beim Erwärmen vermindert.

Eine flüssigkeitabweisende äußere Ummantelung kann verwendet werden, beispielsweise eine gewebte Ummantelung aus einem Kunststoffharz,wie z. B. Polyester, als auch eine Schicht aus einem wasserabstoßenden Lack, der auf die gewebte Ummantelung aufgebracht wird, wobei die Ummantelung über der optischen Faser und der wärmeerzeu­ genden Schicht angeordnet ist. In diesem Fall wird die optische Faser in der Mitte durch die poröse polymere Ummantelung und die gewebte Ummantelung geschützt, wodurch Meßfehler verhindert werden, die durch äußere Kräfte bewirkt werden können. Für den Fall, daß die wärmeerzeu­ gende Schicht aus einem Material besteht, das durch Wasser angegriffen wird, kann eine wasserabstoßende Schicht verwendet werden, um zu verhindern, daß Wassertröpfchen und Kondensationswasser in den Sensor eindringen, wodurch verhindert wird, daß die Eigenschaften der wärmeerzeugenden Schicht verschlechtert werden.

Wie oben ausgeführt, umfaßt der erfindungsgemäße Sensor bzw. Detektor eine optische Faser und eine wärmeerzeugende Schicht, die rings um den äußeren Umfang der optischen Faser angeordnet ist, die Wärme erzeugt, wenn sie mit der zu erfassenden Flüssigkeit in Berührung kommt, wodurch sich eine Verschlechterung der optischen Übertragung der Faser ergibt. Wenn daher eine Leckage einer Flüssigkeit auftritt und die auslaufende Flüssigkeit mit der wärme­ erzeugenden Schicht in Berührung kommt, erzeugt die Schicht Wärme, so daß die optische Faser erwärmt wird. Dies bewirkt, daß die optische Faser thermisch verformt wird und ihre optische Übertragungseigenschaft ver­ schlechtert. Dies kann sogar zum Zerstören der Faser führen. Auf diese Weise kann eine Leckage einer Flüssig­ keit durch das Vorsehen lichtaussendender und licht­ empfangender Elemente an jedem Ende des Sensors und durch die gemessenen Änderungen am Ausgang dieser Elemente erfaßt werden.

Eine Kunststoffaser, wie z. B. eine Polymethylmethacrylat­ faser kann in diesem Fall als optische Faser verwendet werden. Da eine optische Faser aus Kunststoff wesentlich empfindlicher gegen Wärme ist als eine aus Glas, nimmt die optische Übertragungsfähigkeit schnell ab, auch wenn nur eine kleine Flüssigkeitsmenge eintritt, d. h., wenn nur wenig Wärme erzeugt wird, so daß dieser Sensor eine ausgezeichnete Empfindlichkeit aufweist.

Die wärmeerzeugende Schicht kann beispielsweise durch Dispersion einer Substanz in einem polymeren porösen Körper mit kontinuierlichen Poren, wie z. B. geschäumtem Urethanharz, hergestellt werden, wobei die Substanz mit der zu erfassenden Flüssigkeit reagiert und Wärme erzeugt. Wenn Ammoniumsalz in den porösen Körper eingemischt wird, kann nur eine alkalische Flüssigkeit gewählt erfaßt werden, da Ammoniumsalz nicht mit anderen Flüssigkeitsarten reagiert. Auf diese Weise ist die Erfassung verschiedener Flüssigkeitsarten durch die Auswahl einer geeigneten Substanz möglich, die mit der zu erfassenden Flüssigkeit in der wärmeerzeugenden Schicht reagiert.

Eine flüssigkeitsdurchlässige Ummantelung kann zum Abdecken der wärmeerzeugenden Schicht vorgesehen sein und beispielsweise eine gewebte Ummantelung aus Polyesterfaser und eine wasserabstoßende Schicht umfassen, die über den äußeren Umfang der gewebten Ummantelung angebracht ist, jedoch nicht bis zu einem solchen Maß, daß sie die Öffnungen in dem gewebten Körper verstopft. In diesem Fall kann die in der Mitte des Sensors angeordnete optische Faser gegen äußere Kräfte durch die poröse polymere Ummantelung geschützt werden, die ebenfalls als Stoßdämpfer gegen äußere Stöße wirkt, als auch durch die gewebte Ummantelung geschützt werden, die wirksam die Form des Sensors erhält und dadurch im wesentlichen Fehlmessungen des Sensors aus­ schließt. Wenn die wärmeerzeugende Schicht aus einem Material besteht, das durch Wasser angegriffen wird, kann eine wasserabstoßende Schicht verhindern, daß Wassertropfen oder Kondensationswasser in den Sensor eindringen. Dieses verhindert irgendeine Verschlechterung der Eigenschaften der wärmeerzeugenden Schicht und stellt einen Sensor mit langer Lebensdauer und stabiler Leistung sicher.

Die einzige Figur ist eine perspektivische Ansicht, bei der ein Endabschnitt weggebrochen ist, und zeigt einen Sensor 1 zur Erfassung einer Leckage einer Flüssigkeit. Der Sensor 1 umfaßt eine optische Faser 2 aus einem Kunststoff, eine wärmeerzeugende Schicht 3, die auf der Außenseite der optischen Faser 2 angebracht ist und die Wärme erzeugt, wenn sie mit der zu erfassenden Flüssigkeit in Berührung kommt, so daß die optische Übertragungs­ fähigkeit der Faser 2 verschlechtert wird, und eine flüssigkeitsdurchlässige Ummantelung 6, die auf der Außenseite der wärmeerzeugenden Schicht 3 angebracht ist und eine gewebte Ummantelung 4 aus Polyesterfasern und eine Schicht aus einem wasserabstoßenden Lack 5 umfaßt, der auf der Außenseite des gewebten Körpers 4 angebracht ist. Die wasserabstoßende Schicht 5 kann ein in einem Lösungsmittel eingebrachtes Fluoridpulver und ein Klebe­ mittel sein und ein Vulkanisierungsmittel enthalten.

Die wasserabstoßende Schicht 5 der flüssigkeitsdurchläs­ sigen Ummantelung 6 wird auf die Oberfläche der gewebten Ummantelung 4 durch Aufsprühen einer wasserabstoßenden Farbe bzw. Lack aufgebracht, jedoch nicht in einem solchen Maß, daß die Öffnungen in dem gewebten Körper 4 verstopft werden. Auf diese Weise kann im wesentlichen verhindert werden, daß Wassertröpfchen und Kondensationswasser in den Sensor eindringen. Dies ist besonders wirksam, wenn die wärmeerzeugende Schicht 3 aus einem Material besteht, das durch Wasser verschlechtert wird. Es ist jedoch nicht notwendig, die wasserabstoßende Schicht 5 vorzusehen, wenn der Wasserdampfwiderstand nicht in Betracht zu ziehen ist, je nach dem, wo der Sensor 1 eingesetzt wird oder nach der Art der zu erfassenden Flüssigkeit. Es muß auch keine flüssigkeitsdurchlässige Ummantelung 6 vorgesehen sein, wenn dies nicht erforderlich ist.

Die wärmeerzeugende Schicht 3 kann durch Dispergieren eines Ammoniumsalzes, wie z. B. Ammoniumchlorid oder Ammoniumsulfat, in einem polymeren porösen Körper mit kontinuierlichen Poren, wie z. B. ein geschäumtes Urethan­ harz oder ein expandiertes poröses Polytetrafluoräthylen, das kontinuierliche Poren aufweist, hergestellt werden, wenn die zu erfassende Flüssigkeit alkalisch ist. Derartige Ammoniumsalze sind deswegen geeignet, weil sie eine große Wärmemenge bei einer kleinen austretenden Flüssigkeitsmenge erzeugen und dies die Empfindlichkeit des Sensors steigert. Die kontinuierlichen Poren ermög­ lichen das Eindringen der austretenden Flüssigkeit in die wärmeerzeugende Schicht 3. Dies wiederum beschleunigt die exotherme Reaktion und stellt eine wirksame Wärmeerzeugung sicher. Weiter wirken eine große Anzahl kontinuierlicher Poren als Stoßdämpferschicht, um die optische Faser 2 zu schützen.

Die wärmeerzeugende Schicht 3 kann ebenfalls in anderer Weise hergestellt werden, so ist es beispielsweise möglich, andere Flüssigkeiten als alkalische Flüssigkeiten durch die Auswahl einer geeigneten Form der Schicht 3 zu erfassen. Beispielsweise können saure Flüssigkeiten durch die Ver­ wendung von Natriumkarbonat erfaßt werden.

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Sensor eine optische Faser und eine wärmeerzeugende Schicht auf der Außenseite der optischen Faser umfaßt, und diese Schicht Wärme erzeugt, wenn sie mit der zu erfassenden Flüssigkeit in Berührung kommt und somit die optische Übertragungsfähigkeit der optischen Faser verschlechtert. Entsprechend ist es möglich, selektiv eine korrosive Flüssigkeit, wie z. B. eine alkalische oder eine saure Flüssigkeit, schnell und genau zu erfassen, wodurch ein zuverlässiger Sensor geschaffen wird.

Die Erfassung von anderen als den oben erwähnten korrosiven Flüssigkeiten ist möglich, wenn der Aufbau der wärmeerzeu­ genden Schicht entsprechend ausgewählt wird. Hierdurch ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Sensors universal.

Claims (13)

1. Detektor zur Erfassung von Flüssigkeitsleckagen mit einem Lichtleiter aus einer langgestreckten optischen Faser, mit einer darum angeordneten Ummantelung aus einem porösen Polymer, das Leckageflüssigkeit aufnehmen kann, und mit Licht aussendenden und Licht empfangenden Mitteln, die dem Lichtleiter verbunden sind, wobei sich bei Eindringen von Leckageflüssigkeit in die Ummantelung die Lichtübertragung des Lichtleiters meßbar ändert und diese Änderung durch das lichtempfangende Mittel erfaßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Polymer zur Erfassung von Leckagen einer korrosiven Flüssigkeit in seinen Poren ein Material aufweist, das bei der Berührung mit der zu erfassenden Flüssigkeit eine solche Wärme erzeugt, daß sich hierdurch die Lichtübertragung des Lichtleiters meßbar ändert.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser (2) eine Kunststoffaser ist.

3. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser (2) eine Faser aus Polymethylmethacrylat ist.

4. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser (2) eine Glasfaser ist.

5. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Polymer geschäumtes Polyure­ than ist.

6. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Polymer expandiertes poröses Polytetrafluoräthylen ist.

7. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zu erfassende Flüssigkeit alkalisch ist und das wärmeerzeugende Material ein Ammoniaksalz ist.

8. Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ammoniaksalz ein Ammoniumchlorid ist.

9. Detektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ammoniaksalz ein Ammoniumsulfat ist.

10. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zu erfassende Flüssigkeit sauer ist und das wärmeerzeugende Material ein Natriumkarbonat ist.

11. Detektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine äußere Ummantelung aus dem porösen Polymer eine hierzu äußere Ummantelung (6) mit einer gewebten Ummantelung (4) aus Polyesterfasern aufweist.

12. Detektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine wasserabstoßende Farbe (5) einen Teil der äußeren Oberfläche der gewebten Ummantelung (4) aus Polyesterfasern abdeckt.

13. Detektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbe ein in einem Lösungsmittel eingebrachtes Fluorid­ pulver und ein Klebemittel ist und ein Vulkanisierungsmittel enthält.