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Vorrichtung zum Blessen des Gehalts der Luft an schädlichen Gasen
unter Verwendung der verschieden großen Diffusionsgeschwindigkeit der Gase durch
poröse Wände. Zum Messen des Gehalts der Luft an schädlichen Gasen bedient man sich
vielfach der verschieden großen Diffusionsgeschwindigkeit der Gase durch poröse
Wände, indem man die Druckveränderung in einer mit Frischluft gefüllten Diffusionszelle
mißt, welche in die Luft gebracht wird, deren Gasgehalt gemessen werden soll.
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Eine solche Vorrichtung hat insbesondere für die Verwendung zum Messen
des Vorhandenseins entzündlicher Gase den großen Vorzug, daß sie absolut feuersicher
ist. Aus diesem Grunde hat man auch im Bergbau immer wieder darauf zurückgegriffen;
dort scheiterte bisher aber die Verwendung daran, daß immer nur eine Messung mit
der Vorrichtung ausgeführt werden konnte und dann die Diffusionszelle erst wieder
an einen Ort gebracht werden mußte, wo Frischluft zur Verfügung steht, um sie von
neuem mit Frischluft zu füllen und gebrauchsfertig zu machen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine
größere Anzahl von Messungen nacheinander an Ort und Stelle ermöglicht. Zu diesem
Zweck sind gemäß der Erfindung mehrere Diffusionszellen zu einer Vorrichtung vereinigt.
Durch entsprechend gestaltete Steuerorgane ist dafür Sorge getragen, daß die einzelnen
Diffusionszellen nacheinander an einen Druckmesser und die einzelnen, die Diffusionszellen
umgebenden Räume nacheinander an die Außenluft angeschlossen werden können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt,
und zwar zeigt Abb. r einen Längsschnitt durch eine derartige Vorrichtung und Abb.2
einen Querschnitt längs A-B.
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Die Abb. 3 und 4. zeigen eine andere Ausführungsform in zwei verschiedenen
Schnitten, und zwar in einem Achsialschnitt und einem senkrechten Schnitt hierzu.
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f ist ein zylinderförmiger Metallkörper, auf dessen Stirnseiten je
sieben Diffusionsvorrichtungen 2 im Kreise angeordnet sind. Die Diffusionsvorrichtungen
bestehen aus einem äußeren Metallzylinder 3 und einem darin
konzentrisch
angeordneten Rohr 4 aus porösem Material. Ein im Innern des Diffusionsrohres 4 angeordnetes,
an dem Körper i befestigtes Rohr 5 dient zur Gasführung innerhalb des Rohres 4.
6 ist ein Hahnküken, das in eine Bohrung des Körpers i eingeschliffen ist und mit
Kanälen 7, 8 und 9 versehen ist. Von den Kanälen 7, 8 und 9 gehen drei weitere Kanäle
i o, i i und 12 aus. In dem Körper i sind drei Ringkanäle 13, 14 und 15
so angeordnet, daß sie bei jeder Stellung des Hahnkükens 6 mit den Kanälen 7, 8
und 9 in Verbindung stehen. Der Ringkanal 13 ist durch einen Kanal 16 mit einer
Kammer 17 verbunden, die mit einem zur Abscheidung von Wasserdampf und Kohlensäure
geeigneten Material gefüllt ist. 18 ist ein Schlauch, durch den z. B. mittels eines
Gummiballgebläses die den Apparat umgebende Luft in den Behälter 17 gedrückt werden
kann. Der Ringkanal i ¢ steht durch einen Kanal i 9 mit der Außenluft in Verbindung
und der Ringkanal 15 durch einen Kanal ,-,o mit einem U-förmig gebogenen Meßrohr
21. 22 sind mit der Außenluft in Verbindung stehende Kanäle, und 23 ist ein in dem
Küken 6 vorgesehener, ebenfalls mit der Außenluft verbundener Kanal. 24 ist ein
Blechschutzmantel, der über die gesamte Vorrichtung geschoben werden kann und 25
ein drehbar gelagerter Deckel, der beim Aufsetzen mit dem Hahnküken 6 gekuppelt
wird. Auf diesem Deckel ist eine Skala angebracht, auf der mit Hilfe eines Zeigers
26 abgelesen werden kann, welche Zellen 4 schon zum Messen benutzt sind und mit
welchen noch gemessen werden kann. In dem Querschnitt in der Abb.2 sind mit
27
die sieben in Höhe des Kanals 7 stehenden Öffnungen der oberliegenden Diffusionszellen
4 bezeichnet. Die mit 28 bezeichneten und punktiert eingezeichneten Kanäle gehören
zu den sieben unterliegenden Diffusionszellen 4.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist die folgende In der gezeichneten
Stellung ist die Vorrichtung fertig zum Messen mit der links oben im Schnitt dargestellten
Diffusionszelle 4. Zum Messen wird durch den Schlauch i 8 die den Apparat umgebende
Luft in die Kammer 17 gepreßt und hier von Wasserdampf und Kohlensäure befreit;
dann tritt sie durch den Kanal 16, den . Ringkanal 13 und den Kanal
9 in das Rohr 5 ein, durchströmt den Zwischenrauen zwischen dem Rohr 5 und dem Diffusionsrohr
4 in der Richtung von oben nach unten und tritt durch den Kanal 8, den Ringraum
i-4 und den Kanal i 9 wieder aus dem Apparat aus. Enthält die Luft nun z. B. ein
leichteres Gas, etwa Methan, dann tritt dieses durch die Wand des Diffusionsrohres
4 in den Raum zwischen dem Rohr 4 und dem Rohr 3 und vergrößert dadurch den Innendruck
in diesem Raum. Da dieser durch die Kanäle 27, 7, den Ringkanal 15 und den
Kanal 20 mit dem Meßrohr 2 i in Verbindung steht, so kann an diesem die Druckveränderung
und damit der Prozentsatz des Methangehalts gemessen werden. Nachdem die Messung
vorgenommen worden ist, bleibt der Apparat unverändert, und erst vor der nächsten
Messung wird der Deckel 25 um den vierzehnten Teil einer ganzen Umdrehung weitergedreht.
Dabei wird durch den Kanal 23 die nächste Diffusionszelle ¢ einen Augenblick mit
der Außenluft verbunden und auf diesem Wege ein Druckausgleich hergestellt. Dann
wird durch die Kanäle i o, i i, 12 die nächste der unterliegenden Zellen an das
Meßrohr 21 und die Reinigungskammer 17 angeschlossen, so daß die Vorrichtung zur
nächsten Messung fertig ist.
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Soll dagegen der Gehalt der Luft an einem schwereren Gase, etwa Kohlensäure,
gemessen werden, so tritt in dem Raum zwischen dem Diffusionsrohr 4 und dem Rohr
3 eine Druckerniedrigung auf, die an dem Meßrohr 21 als Ausschlag nach der anderen
Seite der Nullage gemessen würde.
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Nachdem mit allen Zellen gemessen worden ist, kann die Vorrichtung
dadurch wieder gebrauchsfertig- gemacht werden, daß durch den Schlauch 18 nacheinander
alle Diffusionsrohre 4 mit Frischluft durchspült werden. Ohne weitere besonderen
Vorrichtungen kann dies dadurch geschehen, daß man die Spülung vornimmt, sobald
sich der Apparat wieder in einer als einwandfrei zu bezeichnenden und daher als
Vergleichsatmosphäre geeigneten Frischluftumgebung befindet - etwa oberhalb der
Grube -, ist jedoch die Erneuerung der Vergleichsluft erforderlich, solange die
Meßvorrichtung von der Grubenluft umgeben ist, so kann die Spülluft aus einem besonderen
Frischluftbehälter - etwa einer komprimierte Luft enthaltenden Bombe - entnommen
werden. Man kann die Frischluftspülung durch geeignete Gestaltung des Steuerorgans
6 auch auf die Räume zwischen den Rohren 3 und ¢ ausdehnen.
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Die Zahl der an einem Apparat angebrachten Diffusionsvorrichtungen
kann, falls dies erforderlich scheint, natürlich beliebig erhöht werden. Es kann
auch eine andere Anordnung der einzelnen Diffusionsvorrichtungen getroffen werden,
jedoch wird sich im allgemeinen die ringförmige Anordnung aus dem Grunde empfehlen,
weil sich dabei ein gemeinsames Steuerorgan besonders leicht anbringen läßt.
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Wenn ein einziger Druckmesser für mehrere Diffusiönszellen verwendet
werden soll,
dann muß natürlich die Diffusionsfähigkeit der einzelnen
Zellen gleich groß sein. Die genaue Bemessung der Diffusionsfähigkeit macht aber
vorläufig noch erhebliche Schwierigkeit, denn die Diffusionsfähigkeit ist z. B.
in hohem Maße abhängig von der Brenntemperatur und der Brenndauer der Zelle. Aus
diesem Grunde müssen die für einen Apparat verwendeten Diffusionszellen unter dem
Gesichtspunkt möglichst gleicher Diffusionsfähigkeit ausgesucht werden. Ebenso müssen
auch Ersatzzellen wieder nach diesem Gesichtspunkt hin geprüft und ausgewählt werden.
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Diese Schwierigkeit läßt sich dadurch vermindern oder ganz vermeiden,
daß die Diffusionswände mehrerer Diffusionsvorrichtungen von einem einzigen porösen
Teil gebildet werden. Ein einziger poröser Teil läßt sich licht s0 herstellen, daß
seine Diffusionsfähigkeit an allen. Stellen gleich groß ist. Deshalb wird auch der
Druckmesser bei allen Zellen, deren Diffusionswand von demselben porösen Teil gebildet
wird, die gleichen Ergebnisse anzeigen.
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Eine praktische Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung würde
ungefähr folgendermaßen aussehen: Die poröse Wand wird etwa gebildet von einer kreisförmigen
Platte. Auf diese Platte werden oben und unten kreisfönnige Metallkörper aufgesetzt,
die einander gegenüberliegende Aushöhlungen tragen. Die Aushöhlungen des einen Körpers
dienen als Diffusionszellen, und durch die des anderen wird das zu messende Luftgemisch
hindurchgeblasen. Das zum Steuern der einzelnen Diffusionsvorrichtungen dienende
Organ kann in einer Bohrung in der Mitte der Platte angeordnet sein.
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Eine beispielsweise Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung ist
in den Abb.3 und 4 schematisch dargestellt, in Abb.3 in einem Achsialschnitt, in
Abb.4 in einem Schnitt senkrecht zur Achse längs C-D der Abb.3. Um durch einen derartigen
Schnitt die Stellung, in der sich die Meßvorrichtung beim Prüfen befindet, gleichzeitig
aber auch die Stellung, in der die Meßvorrichtung zwischen zwei Prüfungen den Druckausgleich
wirken läßt, zu veranschaulichen, wurde wieder eine ungerade Anzahl von Frischlufträumen
angenommen. Eine in der Richtung senkrecht zu ihrer Ebene poröse kreisförmige Wand
31 wird nach unten durch ein Metall-oder Gummistück 32 begrenzt, das zur Führung
der Strömung mit sieben Aussparungen 33 versehen ist, die an den Stellen 34 einen
Austritt ins Freie gestatten. Nach unten zu wird das Stück 32 durch eine Metallplatte
35 abgeschlossen. Auf der Oberseite der porösen Wand 31 befindet sich ein ähnlich
32 gebildetes Stück 36; dieses steht an den Stellen 34 jedoch nicht mit der Außenluft,
scndern mit einem Manometer 37 in Verbindung. Eine Platte 38, die ähnlich der Platte
3 5 ausgebildet ist, schließt die einzelnen Frischlufträume von 36 nach oben zu
ab. Das Stück 36 enthält eine Winkelbohrung 39, die Abschlußplatte 38, eine Schrägbohrung
40, und zwar beides so, daß durch diese beiden Bohrungen 39, 4o das Manometer 37
mit der Außenluft verbunden wird (in der Mittelstellung zwischen zwei Anzeigestellungen).
Die Platten 38, 36, 31, 32 und 35 sind je in der Mitte kreisförmig durchbohrt. In
der Öffnung befindet sich drehbar ein Hahnküken 41, das oberhalb der Platte 38 eine
Abschlußplatte 42 trägt, durch die die Drehung des Kükens erfolgt. Eine Winkelbohrung
43 in diesem Küken 41 geht einerseits zu dem Raum 33 des Stückes 32, andererseits
zu dem an die Platte _35 unten anschließenden Reinigungsraum 44, der mit der Außenluft
durch einen Schlauchansatz 45 verbunden ist. Einige Schrauben 46 mit je einer Gegenmutter
47 halten den Satz der ebenen Platten 38, 36, 31, 32, 35 und den anschließenden
Reinigungsraum 44 zusammen. Um einen luftdichten Abschluß der einzelnen Räume und
der Platten gegeneinander zu erhalten, empfiehlt sich die Abdichtung durch elastisches
oder nichtporöses Material, beispielsweise durch Zwischenlegen von Gummi. Außerdem
ist die poröse Platte 31 an den Gummiabdichtungsstellen durch Tränken mit einer
im heißen Zustande flüssigen Masse luftundurchlässig gemacht. Der drehbare Teil
des Apparates - bestehend aus dem Hahnküken 41, der Drehplatte 42, dem an dieser
befestigten Manometer 37 und einem mit ihm starr verbundenem Ring 49 - kann durch
eine besondere Vorrichtung zusammengehalten werden, die nicht dargestellt ist. Dieser
Ring 49 umgibt die Scheiben 32, 36 und läßt von allen Austrittsöffnungen 34 nur
zwei frei, und zwar diejenige, die gerade zum Manometer 37 führt, und die darunterliegende.
Diese letzte der beiden Öffnungen kann mit einem besonderen Ventil versehen werden,
damit die Luft nur in der Pfeilrichtung (also nur vorgereinigt) an der Diffusionszelle
31, 33 vorbeiströmen kann. Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei bemerkt,
daß sie im ganzen der durch Abb. i und 2 dargestellten Einrichtung entspricht, nur
daß die Anordnung der Kanäle 34, 39, 40, 43 und der Räume 33 eine andere ist; die
zu untersuchende Luft wird durch den Schlauchansatz 45 in den Raum 44 gedrückt,
in diesem von Kohlensäure und Wasserdampf befreit, geht in den durch die Stellung
der Bohrung 43 bestimmten Raum 33, strömt dabei an der porösen
Wand
3 i vorbei und tritt durch die Öffnung 34 wieder ins Freie. Der gegenüberliegende
Teil des Stückes 36 ist mit Normalluft gefüllt. Je nach der Zusammensetzung der
zu prüfenden Luft diffundiert mehr Luft in der einen oder anderen Richtung durch
die poröse Wand, so daß durch das Manometer 37 ein Über- oder Unterdruck angezeigt
wird. Soll eine neue Messung vorgenommen werden, so wird die Platte 42 um den Winkel
von 36o° nach rechts gedreht. Eine Feder 48, die in eine durch die Bohrung 4o geschaffene
Öffnung einschnappt, sorgt für richtige Größe der Winkeleinstellung und erlaubt
dadurch an den einzelnen Bohrungen 4o, die mit den Zahlen i bis 7 versehen sind,
die Zahl der noch unbenutzten Frischluftkammern abzulesen. Während der Drehung,
nämlich nach einer Drehung der Platte 42 um =,.'7 -ihres Umfanges nach rechts, steht
das Manometer 37 durch eine der Öffnungen 39 und durch die darüberliegende Bohrung
4o einen Augenblick mit der Außenluft in Verbindung, so daß der Druckunterschied
gegenüber der Außenluft, der von der letzten Messung her noch vorhanden ist, auf
Null zurückgeht. Als Ausführungsbeispiel der Abb.3 und 4 wurde ein Anzeiger genommen,
der große fabrikatorische Vorteile aufweist, insofern, als die einzelnen ebenen
Platten, die in der Hauptsache nur durchgehende Bohrungen besitzen, sich leicht
herstellen und bearbeiten lassen.