DE4140478A1 - Nebenstrom-gefahrstoffkonzentrations-ueberwachungseinrichtung mit prueffilterkombination - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung von Filteranlagen und andere Rückhalteeinrichtungen für staubförmige oder flüssige Schadstoffe (Aerosole), die sich in einem gasförmigen Trägermedium befinden, umfassend wenigstens eine Entnahmestelle (27) für den Prüfvolumen­ strom (19) aus dem Hauptstrom (18), einen Prüffilter (20) mit Differenzdrucküberwachung (21), ein nachgeschalteter Feinfilter (23), eine Prüfgasfördereinrichtung (24) und eine Signalgabeeinrichtung (28).

Das Problem der Überwachung der Gefahrstoffkonzentration hinter Filteranlagen und der dazu bekanntgewordene Stand der Technik sei an zwei Beispielen erläutert:

1. Bei der Absaugung von krebserzeugenden Stoffen an Arbeitsplätzen (z. B. Asbest) darf die gereinigte Luft grundsätzlich nicht in die Arbeitsräume zurückgeführt wer­ den (TRGS 560), es sei denn, es wird für die Reinigung ein berufsgenossenschaftlich anerkanntes Verfahren angewendet, das die "dauerhaft sichere Einhaltung" vorgegebener Grenz­ werte sicherstellt. Hierfür wird der Einsatz sogenannter "Polizeifilter" vorgeschrieben. Unter "Polizeifiltern" werden dem Hauptfilter nachgeschaltete "Absolutfilter" verstanden, die bei Defekt des Hauptfilters die volle Fil­ teraufgabe übernehmen können.

Dabei setzen sie sich relativ schnell zu. Der Differenz­ druck wird überwacht und die Überschreitung eines Grenz­ wertes wird signalisiert. Da diese Filter als Feinfilter ausgelegt werden, mit einer entsprechend geringen Flächen­ belastung, d. h. Anströmgeschwindigkeit, sind sie meist um ein Mehrfaches größer als der Hauptfilter.

2. Bei Emissionen von Gefahrstoffen in die Umwelt werden bei bestimmten Anlagen jährliche Kontrollmessungen gefor­ dert (TA Luft), um die Funktion der Rückhalteeinrichtungen zu überprüfen. In diesen Fällen könnte ein Filterdefekt bis zu einem Jahr unbemerkt bleiben. Bei anderen Anlagen wird eine Dauerüberwachung gefordert, die mittels sehr aufwendiger Meßeinrichtungen durchgeführt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ein­ richtung zu schaffen, die mit einfachen Mitteln nur einen Teilstrom überwacht, in einer akzeptablen Zeit einen Hauptfilterdefekt anzeigt und trotzdem eine ausreichend lange Standzeit im ungestörten Betrieb aufweist. Dabei erscheint eine Ansprechzeit von 1 bis 2 Stunden im Falle der Reinluftrückführung in Arbeitsräume deshalb akzepta­ bel, als die Grenzwerte für krebserzeugende Stoffe (TRK- Werte) als Schichtmittelwerte definiert sind und Spitzen­ begrenzungen grundsätzlich nicht festgelegt sind.

Im Falle der jährlichen meßtechnischen Überwachung von Anlagenemissionen liegt der Vorteil einer Ansprechzeit in der Größenordnung von Stunden auf der Hand.

Als Standzeit der Einrichtung im ungestörten Betrieb sind Zeiten um einen Monat akzeptabel.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vor­ teilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung folgen.

Die Erfindung sieht vor, die erforderlichen Bauteile in einem Gehäuse (29) anzuordnen, das über einen Schlauch (30) mit der Prüfgasentnahmestelle (27) im Hauptvolumen­ strom (18) verbunden ist. Um einerseits ein zu häufiges Ansprechen bei ungestörtem Hauptfilter (17) zu vermeiden und andererseits ein möglichst schnelles Ansprechen bei einer Störung zu erreichen, sind verschiedene Maßnahmen vorgesehen, die am Beispiel der Überwachung von Holzstaub­ filteranlagen beschrieben werden sollen (Eichen- und Buchenholzstaub sind in der MAK-Werte-Liste in Gruppe III A1 "Eindeutig als beim Menschen krebserzeugend ausgewiese­ ne Arbeitsstoffe" eingestuft):

1. Insbesondere in der großen Zahl kleinerer Betriebe (Handwerk) werden die Absauganlagen mit den Maschinen ein- und ausgeschaltet. Dabei werden die Filterschläuche auf­ gebläht, bzw. fallen in sich zusammen. Staubpartikel, die durch das Material hindurchtreten, bleiben auf der Rein­ luftseite der Filterschläuche zunächst haften und agglome­ rieren. Sowohl beim Ein- und Ausschalten der Anlage, als auch bei der Filterreinigung (Rüttelung, Druckluftreini­ gung) lösen sich diese Agglomerate und führen zu einem kurzzeitigem Anstieg der Staubkonzentration der Reinluft. Dieser Effekt könnte dem Überwachungsgerat einen Filterde­ fekt vortäuschen. Deshalb wird das Gerät gegenüber der Absauganlage mit einer Anlaufverzögerung ausgestattet und so verriegelt, daß es bei Reinigungsvorgängen ausgeschaltet ist und keine Prüfluft ansaugt.

2. Bei ungestörtem Hauptfilter (17) setzt sich der Rest­ staub überwiegend aus feineren Staubfraktionen zusammen, bei einer Hauptfilterstörung auch aus mittleren und gröbe­ ren. Die Porengröße des Prüffilters (20) wird deshalb so gewählt, daß Feinstaub möglichst nicht, die gröberen Frak­ tionen jedoch möglichst vollständig zurückgehalten werden. Um noch einen für die Messung ausreichend hohen Differenz­ druck zu erreichen, wird die Anströmgeschwindigkeit der Prüfluft am Prüffilter entsprechend hoch gewählt. Dies unterstützt noch den erwünschten Durchlaß des Feinstaubes.

3. Trotzdem setzt sich der Prüffilter (20) auch bei unge­ störtem Hauptfilter (17) durch den feinen Reststaub in einer gewissen Zeit zu, der Differenzdruck steigt an und das Überwachungsgerät wird nach einer gewissen Zeit einen Defekt grundlos signalisieren. Um diesen Zeitpunkt hinaus­ zuschieben, wird dem Prüffilter ein zweiter Filter (23) nachgeschaltet, der aber in die Differenzdruckmessung nicht mit einbezogen wird. Dieser zweite Filter ist als Feinfilter ausgebildet, so daß der durch den Prüffilter (20) hindurchtretende Staub sich darin weitgehend absetzt.

Dadurch steigt der Widerstand dieses Filters an und führt über die Pumpencharakteristik (Kennlinie V = f(p)) zu einer Verminderung des abgesaugten Prüfluftstroms (19). Dies wiederum führt zu einer Verringerung des Differenz­ drucks am Prüffilter, wodurch dessen steigender Widerstand kompensiert wird. Durch entsprechende Wahl der beiden Fil­ termaterialien, der aktiven Prüffilterflache (= Anströmge­ schwindigkeit) und unter Berücksichtigung der Pumpenkenn­ linie kann die Einrichtung auf die jeweils zu überwachen­ den Staubfraktionen abgestimmt werden. Da bei einer Stö­ rung nicht nur feine, sondern überwiegend mittlere und grobe Partikel im Gasstrom enthalten sind, werden diese bereits im Prüffilter abgeschieden und führen zu einem schnellen Ansprechen der Einrichtung, ohne daß der Kompen­ sationseffekt des Feinfilters wirksam werden kann.

4. Als Fördereinrichtung wird anstelle eines (aufwendigen) Ventilators eine (preiswerte) Membranpumpe (24) einge­ setzt. Diese hat jedoch den Nachteil eines pulsierenden Luftstroms mit entsprechend pulsierendem Differenzdruck am Prüffilter (20). Dies erschwert ein exaktes Ansprechen der Differenzdrucküberwachung (21). Durch Anschluß einer Aus­ gleichskammer (25), deren Volumen mittels einer Membran (26) im gleichen Takt verändert wird, kann der Volumen­ strom und damit der pulsierende Differenzdruck vergleich­ mäßigt werden.

Die Abbildungen zeigen die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Nebenstrom-Gefahrstoffkonzentrations-Überwachungsein­ richtung mit der Prüffilterkombination:

Abb. 1 zeigt die rohrförmige Filterkammer (1), deren untere Öffnung durch Aufsetzen auf eine weiche Gummiplatte (z. B. Moosgummi) (2) verschlossen wird. Die Kammer wird durch die Frontplatte (3) des Gehäuses auf diese Platte gedrückt. Die Kammer hat drei oder vier Gasanschlüsse und zwar für den angesaugten Prüfgasstrom (4), für die Abnahme des Differenzdrucks am Prüffilter (5), für den abgesaugten Prüfgasstrom hinter dem Feinfilter (6) und evt. für den Anschluß der Ausgleichskammer (7). Ein umlaufender Absatz (8) im Innern der Filterkammer bestimmt die Position des Prüffilters. Der Prüffilter und der Feinfilter sind mecha­ nisch verbunden und bilden eine Filterkombination (9), so daß beim Filterwechsel beide gleichzeitig gewechselt werden und auch die Position des Feinfilters durch die des Prüffilters definiert ist. Der mittige Verbindungsstab (10) ragt um ein weniges aus der Kammer heraus, so daß er erstens gut mit den Fingern zu erreichen ist und er zwei­ tens durch die oben aufliegende weitere Gummi- Verschlußplatte (11) leicht nach unten gedrückt wird, so daß der Prüffilter satt auf dem inneren Anschlag (8) der Kammer aufliegt. Die obere Verschlußplatte ist am Deckel (12) des Gehäuses befestigt, so daß die Kammer beim Öffnen des Deckels automatisch geöffnet wird und die Filterkombi­ nation leicht gewechselt werden kann.

Der Prüffilter (13) liegt auf einer festen, gasundurchläs­ sigen Unterlage (14), die Öffnungsflächen (15) für den Gasdurchtritt aufweist. Durch entsprechende Wahl der Größe der Öffnungsfläche kann die aktive Filterfläche und damit die Filterflächenbelastung, d. h. die Anströmgeschwindig­ keit des Filters, eingestellt werden.

Die Unterlage kann z. B. selbstklebend ausgeführt sein, um die Lage des Prüffilters zu fixieren und Leckströme zu vermeiden. Zum gleichen Zweck kann auf dem Absatz in der Kammer oder unterhalb der Unterlage des Prüffilters eine Dichtung (z. B. O-Ring) (16) befestigt werden.

Das Prüfgas wird dem Hauptstromkanal möglichst am Ende, d. h. im fast drucklosen Bereich entnommen, um Beeinflus­ sungen durch wechselnde Druckzustände der Hauptanlage aus­ zuschließen (Abb. 3). Das Prüfgas (19) wird etwa isokine­ tisch, d. h. geschwindigkeitsgleich dem Hauptstrom (18) entnommen. Der Prüfgasweg erweitert sich hinter der Ein­ trittsstelle (35) zu einer Kammer (36), wo sich eingedrun­ gene Grobteile (37) absetzen und von außen entfernt werden können (38). Dadurch werden Verstopfungen des Prüfgasweges vermieden. Das staubbeladene Prüfgas wird oberhalb des Kammerbodens abgesaugt (39) und z. B. von oben in das Über­ wachungsgerät eingeführt (Abb. 2). Hinter dem Abzweig für die Differenzdrucküberwachung (31) kann der Gasschlauch noch einmal kurz aus dem Gehäuse heraus und wieder einge­ führt werden (32). Durch Quetschen dieses Schlauches von außen (33) kann ein erhöhter Widerstand am Prüffilter simuliert und das Gerät damit einfach getestet werden. Denkbar sind auch Einrichtungen, die von außen bedient werden und den Schlauch im Inneren des Gerätes quetschen. Über die Filterkammer (1) und die Pumpe (24) gelangt das Gas aus dem Gerät heraus in die Umgebung. Der Gasauslaß (34) kann z. B. auf der Rückseite des Gerätes liegen, um Manipulationen daran zu verhindern.

Das Gerät kann auch mit zwei Differenzdruckwächtern (21), bzw. mit einem, der zwei Druckschwellwerte überwacht, aus­ gerüstet sein. Durch Überwachung eines Minimalwertes kann die ordnungsgemäße Funktion und Betriebsbereitschaft sig­ nalisiert werden, d. h. es wird erkennbar, wenn der Prüf­ gasstrom zu gering ist, weil z. B. der Ansaugweg verstopft, die Pumpe ausgefallen, ein Schlauch gequetscht oder abge­ rutscht ist. Ebenso wird erkannt, wenn keine Prüffilter­ kombination eingesetzt worden ist.

Das Gehäuse ist erfindungsgemäß in drei Funktionsräume unterteilt:

1. Innerer Raum unterhalb der Frontplatte für: Pumpe, unteren Teil der Filterkammer mit Gasanschlüssen, Platine mit elektrischer/elektronischer Schaltung und evt. Ausgleichskammer. Dieser Raum muß nur zu Reparaturzwecken geöffnet werden und ist versiegelt.

2. Oberer Raum zwischen Frontplatte und transparentem Gehäusedeckel für: oberen Teil der Filterkammer, Signal- und Bediengeräte. Dieser Raum ist dem An­ wender zugänglich und wird zum Prüffilter- und ggf. Sicherungswechsel geöffnet.

3. Unterer Fuß- und Anschlußraum für elektrische Anschlüsse, für den von außen bedienbaren Drucktaster zur Quittierung des Störungssignals nach dem Test und für den/die Differenzdruckwachter. Dieser Raum wird nur von Fachpersonal bei der Montage und zur Ein­ stellung der Differenzdruckansprechpunkte geöffnet. Letzteres ist deshalb wichtig, weil diese Einstellung nur bei laufendem Gerät, d. h. bei geschlossener Filterkammer und damit bei geschlossenem Gehäuse­ deckel, möglich ist. Dieser Raum kann verplombt werden.

Die elektrische/elektronische Schaltung des Geräts weist erfindungsgemäß folgende Funktionen auf:

• - Einschaltverzögerung gegenüber dem zu überwachenden Hauptgasvolumenstrom,
• - Ausschaltung während Reinigungsvorgängen am Hauptfilter bzw. Rückhalteeinrichtung (wenn diese intervallmäßig durchgeführt werden),
• - 2 Differenzdrucküberwachungspunkte min/max mit Anzeige bzw. Signal "Funktion gestört" bzw. "Störung des Haupt­ filters",
• - Ausgangssignal, das die Stellung "Rückluft" der Fort­ luft/Rückluftklappe nur dann gestattet, wenn das Gerät in Funktion ist und keine Störmeldung anliegt,
• - Anzeigen "betriebsbereit", "Ventilator läuft" und "Prüfgaspumpe läuft",
• - Halteschaltung des Störungssignals nach dem ersten Ansprechen, um bei pulsierendem Differenzdruck ein sicheres Ansprechen zu gewährleisten,
• - Blinksignal und Hupe für Störung im Gerät und zusätz­ licher Ausgang für externe Warneinrichtung,
• - einstellbare Zeituhr mit Signalgabe, um auf den erforderlichen Routine-Filterwechsel aufmerksam zu machen (z. B. monatlich),
• - Entsperrung des Störungssignals nach dem Test,
• - Automatisches Aus- und Einschalten beim Öffnen und Schließen des Gehäusedeckels. Dies vermeidet hohe Differenzdruckstöße, wenn bei laufender Pumpe die Filterkombination gewechselt wird und der Feinfilter beim Herausziehen bzw. Einführen in die Position des Prüffilters gelangt und dann fast der gesamte Pumpendruck an den Differenzdruckschaltern anliegt, wodurch diese zerstört werden können.

Claims (16)

1. Einrichtung zur Überwachung der Aerosolkonzentration an Gefahrstoffen in Reingasströmen hinter Rückhalteeinrich­ tungen, umfassend wenigstens eine Teilstromentnahmeein­ richtung (27) im Reingasstrom (18), eine Verbindungslei­ tung für diesen Prüfgasstrom (30) sowie, vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse (29) untergebracht, eine Gasför­ dereinrichtung (24), eine Filterkammer (1) mit einem Fil­ tereinsatz (20), eine Differenzdrucküberwachung (21) und eine Signalauslöseeinrichtung (28), dadurch gekennzeich­ net, daß der Filtereinsatz als Filterkombination (9) aus Prüffilter (20) und nachgeschaltetem Feinfilter (23) besteht, wobei letzterer nicht mit in die Differenzdruck­ überwachung (21) einbezogen ist.

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüffilter (13) auf einer gasun­ durchlässigen Unterlage (14) aufliegt oder aufgeklebt ist, in der man unterschiedlich große Öffnungsflächen (15) zur Freigabe unterschiedlich großer aktiver Filterflächen anbringen kann.

3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß Prüffilter (20) und Feinfilter (23) mechanisch verbunden sind und eine Filterkombination (9) bilden, so daß beide Filter nur gemeinsam ausgewechselt werden können.

4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkombination (9) in einer gemeinsamen rohrförmigen Filterkammer (1) mit Gas- und Differenzdruckanschlüssen (4 bis 7) untergebracht ist, deren Öffnungen mittels weicher Gummiplatten (2 und 11) verschlossen sind, wobei die obere Öffnung automatisch beim Öffnen und Schließen des Gehäusedeckels (12) geöffnet bzw. verschlossen wird.

5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die exakte Position der Filterkombina­ tion (9) in der Filterkammer (1) dadurch gewährleistet wird, daß die obere Gummiplatte (11) die Filterkombination (9) soweit in die Filterkammer (1) schiebt, bis der Prüf­ filter (13/14) leicht gegen einen sich in Inneren der Fil­ terkammer befindlichen umlaufenden Absatz (8) gedrückt wird.

6. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Dichtigkeit zwischen Prüffilter (13/14) und Filterkammer (1) entweder auf dem umlaufenden Absatz (8) in der Filterkammer oder unter dem Prüffilter ein Dichtungsring (16) angebracht ist.

7. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese zeitverzögert gegen­ über der Einschaltung des Reingasstroms (18) in Betrieb gesetzt und während Reinigungsvorgängen an den Rückhal­ teeinrichtungen (17) außer Betrieb gesetzt wird.

8. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie sich automatisch aus- und wieder einschaltet, wenn der Gehäusedeckel (12) zum Filterwechsel geöffnet bzw. wieder geschlossen wird.

9. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Funktionstest durch Abquetschen (33) des Gaszuführungsschlauches (32) zur Fil­ terkammer hinter der ersten Druckentnahmestelle (31) bei geschlossenem Gehäusedeckel durchgeführt werden und daß das Störungssignal von außen quittiert werden kann.

10. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß nicht nur ein maximaler Schwellwert des Differenzdruckes am Prüffilter sondern zusätzlich auch ein Minimalwert überwacht wird (21).

11. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz einer Mem­ branpumpe (24) als Gasfördereinrichtung der pulsierende Gasstrom und damit der pulsierende Differenzdruck durch eine z. B. an die Filterkammer (1) angeschlossene Aus­ gleichskammer (25), deren Volumen über eine mit der glei­ chen Frequenz angetriebene Membran (26) veränderlich ist, vergleichmäßigt wird.

12. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfgasstrom (19) dem Reingasstrom (18) etwa isokinetisch entnommen wird, sich aber der Prüfgasweg danach erweitert, vorzugsweise in Form eines von außen zugänglichen Grobteilabscheiders (36).

13. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei fehlender Funktionsbe­ reitschaft ein Signal ausgegeben wird, mittels dessen, bei Überwachung der Konzentration krebserzeugender Stoffe, die Rückführung der Reinluft in Arbeitsräume unterbunden wer­ den kann.

14. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der erforderliche routine­ mäßige Filterwechsel mittels einer einstellbaren Zeituhr Wochen oder Monate) angemahnt wird.

15. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Selbsthalteschaltung das Warnsignal nach dem ersten Ansprechen des Differenz­ druckschalters stabilisiert.

16. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (29) drei getrennt zugängliche Funktionsräume aufweist, von denen einer vom Anwender zum Filter- und ggf. Sicherungswechsel geöffnet werden kann, der zweite nur von Fachpersonal zum Anschluß des Geräts oder externer Signaleinrichtungen und zum Einjustieren der Ansprechschwellen der Differenzdruck­ überwachung und der dritte nur vom Hersteller zu Repara­ turzwecken geöffnet werden soll und von denen die letzten zwei verplombt bzw. versiegelt werden können.