DE3737129C2 - - Google Patents

Description

Der Anwendungsbereich der Erfindung liegt auf dem Gebiet der Aerosolmeßtechnik an Arbeitsplätzen, insbesondere in der Bestimmung der Massenkonzentration und Korngrößenverteilung von gesundheitsschädlichen Stäuben, insbesondere groben Holzstäuben.

Der Stand der Technik auf dem Gebiet der Staubmeß­ technik an Arbeitsplätzen beinhaltet im wesentlichen:

• - die zeitlich integrierte, gravimetrische Bestimmung der Konzentration des unter definierten Bedingungen vom Gerät angesaugten (Ansauggeschwindigkeit = 1,25 m/sec) Gesamtstaubes;
• - die zeitlich integrierte, gravimetrische Bestimmung der Massenkonzentration der sogenannten Feinstaub­ fraktion (Partikelgröße < 5 µm);
• - die zeitlich aufgelöste, optische (photometrische) Bestimmung der Feinstaubfraktion;
• - die zeitlich integrierte Bestimmung der Partikel­ größenverteilung bis zu einem Partikelgrößenbereich von ca. 20 µm.

Aus der DE-OS 31 04 878 ist es bekannt, disperse Aerosolzusammensetzungen in einer fraktionierten Absetzung von Teilchen auf Absetzflächen eines Kaskadenimpaktors zu analysieren, die Masse der abgesetzten Teilchen zu bestimmen und diese Teilchen anschließend aus dem Impaktor zu entfernen. Dabei wird die Teilchenmasse dadurch ermittelt, daß zwischen den Absetzflächen eine Potentialdifferenz erzeugt und die elektrische Ladung gemessen wird, die durch die Teilchen unter Wirkung der Potentialdifferenz von einer Absetzfläche auf die andere übertragen wird. Der Kaskadenimpaktor ist mit Kammern versehen, die in Strömungsrichtung des Aerosols angeordnet sind, wobei jede Kammer durch zwei Diaphragmen begrenzt ist. Dabei dient das in Strömungsrichtung gesehene untere Diaphragma als Absetzfläche für die Teilchen und besitzt eine Düse zum Durchgang des Aerosols zur nächsten Kammer.

Aus der Zeitschrift "Staub-Reinhaltung Luft, 43 (1983), Nr. 12, S. 490 bis 494" ist ein Feinstaubmeßgerät bekannt, welches die momentane Staubkonzentration digital anzeigt und alle 14 s den angezeigten Wert zur späteren Auswertung in einen Permanentspeicher überführt, wobei aus diesen Werten während der Meßzeit das arithmetrische Mittel gebildet und bei Bedarf angezeigt wird. Die zu untersuchende Luft mit den Staubteilchen wird mittels einer Flügelpumpe durch einen Horizontalabscheider gesaugt, wo die Staubteilchen mit größerem aerodynamischen Durchmesser abgetrennt werden. Die feinstaubhaltige Luft passiert dann einen Laserstrahl, der von einer Laserdiode ausgesendet wird und der Staub wird auf einem Glasfaserfilter abgeschieden und gravimetrisch bestimmt.

Der entscheidende Nachteil der zur Zeit zur Verfügung stehenden Meßtechnik besteht darin, daß keine vollständige Fraktionierung des Grobstaubes (< 5 µm) erfolgt und keine zeitlich aufgelöste Bestimmung der Konzentration der Grobstaubfraktion möglich ist.

Dieses ist aber zur korrekten Beurteilung der Staubsituation am Arbeitsplatz notwendig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine on-line Bewertung des Fein- und Grobstaubes in der Atemluft an Arbeitsplätzen vorzunehmen und eine zeitlich integrierte Bestimmung der Massengrößenverteilung im Partikelgrößenbereich auch oberhalb von 20 µm zu erreichen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebenen Vorrichtungen.

Der entscheidende Schritt zur Lösung des ersten Punktes besteht in der Kombination von virtuellem Impaktor und op­ tischem Detektionssystem. Der virtuelle Impaktor dient zur Abtrennung des Feinstaubes und zur Anreicherung der Kon­ zentration des Grobstaubes. Anschließend wird die Konzen­ tration des Grob- und Feinstaubkollektives photometrisch bewertet, indem Infrarotlicht einer Wellenlänge von ca. 900 nm an die Meßzelle durchströmenden Staub gestreut und unter einem Winkel von 60 Grad detektiert wird.

Der Vorteil der Verwendung des virtuellen Impaktors besteht darin, daß sein Vermögen, die Konzentration des Grobstaubes zu erhöhen, d.h. den Massenstrom des Grob­ staubes in einen kleineren Luftvolumenstrom zu integrieren, den Effekt der mit zunehmender Partikelgröße abnehmenden massebezogenen Streulichtintensität teilweise kompensiert. Damit wird eine Interferenz durch restliche Feinstaub­ teilchen nahezu verhindert. Der Feinstaub wird nach Ab­ trennung des Grobstaubes analog dazu bestimmt. Das Streu­ lichtsignal beider Detektoren wird von einem Kleinst­ rechner erfaßt und abgespeichert.

Durch Verwendung eines Systems von Parallelimpaktoren wird eine zeitlich integrierte Größenauflösung in 5 Klassen erreicht. Diese gravimetrisch gewonnene Massenkonzentrations­ verteilung kann dann zur Kalibrierung der im Rechner ge­ speicherten Photometersignale herangezogen werden, so daß man anschließend einen zeitlichen Verlauf der Massenkon­ zentration des Fein- und Grobstaubes erhält.

Ein Ausführungsbeispiel ist schematisch in der beigefügten Skizze Fig. 1 beschrieben.

Mit einer Geschwindigkeit von 1,25 m/sec werden ca. 80 l/min Aerosol über einen Ringspalt angesaugt und iso­ kinetisch in 6 Teilströme aufgeteilt, 5 zu je 10 l/min und einen mit 30 l/min. In 4 der "10-l/min-Kanäle" ist je ein Impaktor eingebaut, der so dimensioniert ist, daß die Aerosolfraktion mit aerodynamischem Durchmesser größer als der jeweils angegebene auf der Stauplatte und die dazu komplementäre Fraktion auf dem nachfolgenden Glasfaserfilter abgeschieden werden. Der "30-l/min-Kanal" beinhaltet den virtuellen Impaktor und die Optiken. In einer ersten Stufe findet eine Aufteilung der Strömung im Verhältnis 15/100 statt. Diese Auftrennung der Strömung ist verbunden mit einer scharfkantigen Umlenkung des größeren Teils. Die gröberen und damit trägeren Partikel folgen dieser Umlenkung nicht und verbleiben vollständig in dem kleineren Teil der Strömung. Dieses bedeutet gleich­ zeitig eine entsprechende Konzentrationserhöhung. Der Vor­ gang wiederholt sich in einer zweiten Stufe. In die ent­ sprechende Teilströme ist jeweils die Optik integriert, deren Signale von einem Kleinstrechner erfaßt und abge­ speichert werden.

Die Durchflußfixierung erfolgt mit Hilfe von kritischen Düsen.

In der beigefügten Skizze ist der Verfahrensgang der Bestimmung eines Aerosols an einem Arbeitsplatz fest­ gestellt. Eine gegenständliche Ausgestaltung des Gerätes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 2 dargestellt.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration von Staub, insbesondere Holzstaub in der Atemluft an Arbeitsplätzen, unter Verwendung von Impaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß um einen virtuellen Impaktor (7, 8) im Kreis herum wenigstens 5 Impaktoren angeordnet sind und die staubhaltige Luft in eine entsprechende Anzahl von Teilströmen aufgeteilt wird in denen optische Detektionssysteme enthalten sind und der virtuelle Impaktor (7, 8) so ausgestaltet ist, daß er Feinstaub abtrennt und Grobstaub anreichert und Grob- und Feinstaub photometrisch bestimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung des über einen Ringspalt (2) angesaugten Aerosols in Teilströme über kritische Düsen (12) erfolgt, die unterhalb der jeden Teilchenstrom zugeordneten Impaktionsplatten erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeden der Teilströme des Aerosols eine Optik integriert ist, deren Signale in einem Kleinstrechner speicherbar sind.