EP1537400A1 - Verfahren und einrichtung zur nahme von raumluftproben - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur nahme von raumluftprobenInfo
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Definitions
- the invention relates to a method and a device for sampling indoor air samples according to the preamble of claims 1 and 7.
- the invention thus relates to the field of air quality monitoring in closed rooms.
- the state of the art for this is to take the air samples from closed rooms and send them to a laboratory in a separate analysis process.
- stationary or transportable air sample meters are used, which are based, for example, on the principle of centrifugal separation, gas washing or membrane filter technology.
- patogenic components are also switched off within the room air, and this requires a corresponding preparation of the air samples.
- systems of this known type can only determine indoor air quality, but they cannot be regulated or adjusted in a timely manner.
- the invention is therefore based on the object, in deviation from the requirements of the prior art, not only to analyze the ambient air, but also promptly
- BEST ⁇ TIGÜNGSKOPIE To be able to influence them, or at least to be able to determine timely questionable concentrations of indoor air components in order to enable suitable timely measures.
- the basic idea according to the invention in a manner according to the method and also according to the device, is that the room air sampling and the analysis are carried out immediately and in real time.
- this has the advantage that there is a timely and local result between the current indoor air quality and the analysis as such.
- threshold values can be set for this, on the basis of which appropriate suitable measures can then be generated.
- a direct influence can be created by setting threshold values for certain indoor air components. • 3 - May 12, 2003
- the sensitivity to different gas components and / or aerosols can be set. In this way, different gas components and / or aerosols that are of interest and are decisive for the indoor air quality can be used.
- this crediting process can also be carried out by spray concentration.
- the essence of the invention is to integrate the room air sampling means and the analysis means in an overall structural unit interconnected locally.
- the corresponding units for this can be made compact, especially when micromechanical line and analysis systems are used.
- gas scrubber or micro concentrators or micro gas scrubbers with an open or closed circuit and spray concentrators with a closed circuit can be used for the enrichment.
- Molecular filter systems or multi-stage filter systems can also be used. The invention is illustrated in the drawing and described in more detail below.
- Fig. 1 Modular structure of the microsensor system.
- Fig. 2 Modular sampling unit.
- Fig. 3 microconcentrator.
- Fig. 4 Micro gas scrubber module.
- Fig. 5 Microconcentrator with closed liquid flow.
- Fig. 6 spray concentrator.
- Fig. 7 spray concentrator with closed liquid flow.
- Fig. 8 Micromixer.
- Fig. 9 Molecular filter system.
- Fig. 10 Two-stage filter system.
- FIG. 1 shows the idea on which the invention is based, the sampling and
- module 1 the gas to be examined, for example ambient air, is brought into contact with the solvent, for example water, for the purpose of dissolving the foreign substances.
- module 2 this solution is fed to a second unit, module 3, where it is analyzed with the help of a test specific to the respective foreign substance.
- the evaluation takes place via a microprocessor, module 4, and is displayed via a defined interface, module 5.
- the analysis result can be displayed either in proportion to the actual concentration or as Alarm function, i.e. displaying a signal when a threshold value is exceeded.
- the modular structure enables individual functional units to be exchanged.
- the analysis unit can be used to renew or to detect others
- FIG. 2 shows that by implementing the arrangement in microsystem technology, module 1, the sampling and solution unit can again be produced as a compact, modular system. Due to the modular structure, critical components, such as the actual unit for solving the foreign substances, can also be provided as a replacement part and can be exchanged at certain replacement intervals or after the alarm has been triggered by the control electronics.
- the sampling unit is shown in the other figures.
- Figure 3 shows a possibility of building a micro-concentrator based on the principle of gas scrubbing.
- the basic arrangement provides for the gas to be examined to flow through a liquid container.
- the amount dissolved is determined via a flow measurement and the solubility of the substances to be examined.
- Figure 2 shows a micro gas scrubber unit consisting of a multi-level structure with a coupled gas and liquid guide.
- the liquid is fed into a micromechanically produced cavity via valves.
- the gas is pumped into the liquid via a plate with a large number of microchannels. By dividing the gas flow into a large number of small outlet openings, a very large interface between the two media is obtained with a high gas throughput.
- Figure 4 shows the possibility of reducing the position dependency due to the liquid filling.
- the surface energy of the three interfaces is decisive for the necessary channel size.
- a gas-permeable membrane can also be used in such a microsystem.
- FIG. 5 the reproducibility of such a microconcentrator can be increased by operating with a closed gas circuit.
- a defined amount of gas is enclosed in a recipient V1. This is then passed through the liquid several times in a closed circuit by means of a pump. This allows the percentage of solutes to reach each
- Solubility product are gradually increased. With a very low concentration of the substances to be dissolved in the gas, this cycle can also be carried out several times with the volume V1 being refilled. Here, the liquid filling V2 remains during the cycle repetitions in order to achieve a concentration in the solution.
- a further possibility of achieving a forced solution of the foreign substances is to spray the solvent liquid by means of a nozzle in a recipient filled with the gas to be examined according to FIG. 6. Due to the very large total surface area and thus the interface of the liquid drops, a large proportion of the foreign substances in the gas are dissolved. The distributed liquid is condensed again by cooling the walls of the recipient, pumped out and can be used for further analysis.
- Figure 7 shows another example. By repeating the process, that is
- the proportions of gas-borne foreign matter still present in the recipient can be increasingly dissolved and the substances can be concentrated in the solution. This can be done both cyclically and continuously. For this purpose, a closed circuit is created via a second pump. The solvent is no longer injected directly into the nozzles, but rather injected into the circuit at the beginning. After running through the required number of cycles or time, the gas consumed in the above sense is released and the recipient is refilled.
- Figure 8 shows that a large interface between the gas in the solvent can also be achieved by swirling in a mixer unit.
- the gas and liquid supply are each divided into many small channels and then merged again.
- the mixing ratio is set by the line cross-sections and different flow velocities.
- the foreign substances are dissolved out on a subsequent mixing section the gas into the solvent.
- the exhaust gas can then be withdrawn from the solution in a degasser by means of a pump.
- FIG. 9 shows how foreign substances contained in the gas to be examined are filtered out and solved by finally rinsing the filter.
- the gas is passed through a filter.
- the amount of foreign matter collected is determined by the volume flow and the filter is then rinsed with a suitable solvent through a fluid circuit connected in parallel.
- FIG. 10 shows a two-stage filter screen. The solvent flows through both here
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Nahme von Raumluftproben . Um hierbei zu erreichen, abweichend von den Maßgaben des Standes der Technik die Raumluft nicht nur zu analysieren, sondern auch zeitnah eine Beeinflussung derselben zu ermöglichen, oder zumindest zeitnah bedenkliche Raumluftbestandteilkonzentrationen ermitteln zu können, um geeignete zeitnahe Maßnahmen zu ermöglichen, ist es erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Raumluftprobennahme und die Analyse zeit- und ortsnah unmittelbar nachgeschaltet sind.
Description
Verfahren und Einrichtung zur Nähme von Raumluftproben
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Probennahme von Raumluftproben gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 7. Die Erfindung betrifft somit das Gebiet der Luftqualitätsüberwachung in geschlossenen Räumen.
Stand der Technik hierzu ist es, die Luftproben aus geschlossenen Räumen zur entnehmen und in einen separaten Analysevorgang einem Labor zuzuführen. Hierzu werden stationäre oder transportable Luftprobenmesser verwendet, die beispielsweise auf dem Prinzip der Zentrifugaltrennung, der Gaswäsche oder der Membranfiltertechnologie basieren.
Bei der Untersuchung von Luftproben aus geschlossenen Räumen werden auch sogenannte patogene Anteile innerhalb der Raumluft abgestellt, und hierzu bedarf es einer entsprechenden Aufbereitung der Luftproben.
Somit ergibt sich als augenscheinlicher Nachteil des herkömmlichen Verfahrens bzw. der herkömmlichen Vorgehensweise, daß eine apparative Trennung zwischen Probennahme und Analyse vorgesehen ist. Darüber hinaus gehend ergibt sich, daß bekannte Systeme überdies aufwendig und konstruktiv großbauend sind und die chronologische Trennung zwischen Probennahme und Analyse sogar bedingen.
Andererseits können mit Systemen dieser bekannten Art lediglich Raumluftqualitäten ermittelt, aber nicht zeitnah geregelt oder eingestellt werden.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, abweichend von den Maßgaben des Standes der Technik die Raumluft nicht nur zu analysieren, sondern auch zeitnah eine
BESTÄTIGÜNGSKOPIE
Beeinflussung derselben zu ermöglichen, oder zumindest zeitnah bedenkliche Raumluftbestandteilkonzentrationen ermitteln zu können, um geeignete zeitnahe Maßnahmen zu ermöglichen.
Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 angegeben.
Im Hinblick auf eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 7 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtungen sind in den übrigen abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die grundsätzliche erfindungsgemäße Idee, so in verfahrensgemäßer und auch in einrichtungsgemäßer Weise ist, daß die Raumluftprobennahme und die Analyse zeit- und ortsnah unmittelbar nachgeschaltet sind.
Hier ergibt sich zum einen der Vorteil, daß ein zeitnahes und ortsnahes Ergebnis zwischen momentaner Raumluftbeschaffenheit und der Analyse als solche gegeben ist.
Darüber hinaus gehend eröffnet sich hierbei die Möglichkeit, daß mit der orts- und zeitnahen Probenahme und Probeanalyse nunmehr Klima und/oder Umluftsteuerungen von Gebäuden direkt beeinflußt werden können. Auf diese Weise kann eine direkte und zeitnahe Einflußnahme auf die Raumluftgrößen genommen werden.
Weiterhin ist vorteilhaft ausgestaltet, daß hierzu Schwellwerte eingestellt werden können, aufgrund derer dann entsprechende geeignete Maßnahmen generiert werden können. Durch die Einstellbarkeit von Schwellwerten zu bestimmten Raumluftbestandteilen kann ein direkter Einfluß hergestellt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren die Sensitivität auf verschiedene Gaskomponenten und/oder Aerosole einstellbar ist. Auf diese Weise kann auf verschiedene interessierende und für die Raumluftqualität entscheidende Gaskomponenten und/oder Aerosole abgestellt werden.
Bei der entsprechenden Abstellung auf betreffende Gas- und/oder Aerosolkomponenten ist weiterhin vorteilhaft ausgestaltet, daß dieselben durch Anreicherung nach dem Gaswäscherprinzip in einem System angereichert und dann analysiert werden. Dadurch wird eine entsprechende höhere Nachweisbarkeit gegeben.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß dieser Anrechnungsvorgang auch durch Sprühkonzentration erfolgen kann.
Im Hinblick auf eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art besteht der Kern der Erfindung darin, die Raumluftprobenentnahmemittel und die Analysemittel in einer ortsnah zusammengeschalteten Gesamtbaueinheit zu integrieren.
Hierdurch wird die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einfache Weise möglich. Gegenüber dem Stand der Technik besteht der wesentliche Unterschied nunmehr darin, daß nicht mehr eine bauliche Separation zwischen Probeentnahme und Probeanalyse stattfindet, sondern diese baulich zusammengefaßt sind.
Die entsprechenden Einheiten hierzu können kompakt ausgestaltet werden, insbesondere dann, wenn mikromechanische Leitungs- und Analysesysteme eingesetzt werden.
Zur Anreicherung können entweder sogenannte Gaswäscher- oder Mikrokonzentratoren oder Mikrogaswäscher eingesetzt werden mit offenem oder geschlossenem Kreislauf sowie Sprühkonzentratoren mit geschlossenem Kreislauf. Weiterhin sind Molekularfiltersysteme oder mehrstufige Filtersysteme einsetzbar.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 : Modularer Aufbau des Mikrosensorsystems.
Fig. 2: Modulare Probenentnahmeeinheit.
Fig. 3: Mikrokonzentrator.
Fig. 4: Mikrogaswäschermodul.
Fig. 5: Mikrokonzentrator mit geschlossenem Flüssigkeitslauf.
Fig. 6: Sprühkonzentrator.
Fig. 7: Sprühkonzentrator mit geschlossenem Flüssigkeitslauf.
Fig. 8: Mikromischer.
Fig. 9: Molekularfiltersystem.
Fig. 10: Zweistufiges Filtersystem.
Figur 1 zeigt die der Erfindung zugrunde liegende Idee, die Probenahme und
Analyseeinheit mit Hilfe der Mikrosystemtechnik als modulares Mikrosystem zu realisieren. In einer ersten Stufe, Modul 1 , wird das zu untersuchende Gas, zum Beispiel Umgebungsluft, mit dem Lösungsmittel, zum Beispiel Wasser, zum Zwecke der Lösung der Fremdstoffe in Kontakt gebracht. Über ein Mikrokanalsystem, Modul 2, wird diese Lösung einer zweiten Einheit, Modul 3, zugeführt, wo sie mit Hilfe eines für den jeweiligen Fremdstoff spezifischen Test analysiert wird.
Die Auswertung erfolgt über einen Mikroprozessor, Modul 4, und wird über eine definierte Schnittstelle, Modul 5, angezeigt. Das Analysenergebnis kann sowohl proportional zur tatsächlichen Konzentration angezeigt werden oder aber auch als
Alarmfunktion, das heißt Anzeigen eines Signals bei Überschreiten eines Schwellwertes.
Der modulare Aufbau ermöglicht es, einzelne Funktionseinheiten auszutauschen. So kann insbesondere die Analyseeinheit zur Erneuerung oder zum Detektieren anderer
Fremdstoffe ausgewechselt werden.
Figur 2 zeigt, daß durch eine Realisierung der Anordnung in Mikrosystemtechnik auch das Modul 1 , die Probennahme und Lösungseinheit wieder als kompaktes modulares System hergestellt werden kann. Durch den modularen Aufbau können auch hier kritische Komponenten, wie zum Beispiel die eigentliche Einheit zum Lösen der Fremdstoffe, als Austauschteil vorgesehen werden und in gewissen Wechselintervallen oder nach Alarmierung durch die Steuerelektronik ausgetauscht werden. Die Probeentnahmeeinheit ist in den weiteren Figuren dargestellt. So zeigt Figur 3 eine Möglichkeit des Aufbaus eines Mikrokonzentrators nach dem Prinzip der Gaswäsche.
Die Grundanordnung sieht das Durchströmen eines Flüssigkeitsbehälter mit dem zu untersuchenden Gas vor. Die gelöste Menge wird über eine Durchflußmessung und die Löslichkeit der zu untersuchenden Stoffe bestimmt.
Figur 2 zeigt eine Mikrogaswäschereinheit, bestehend aus einem mehrebenen Aufbau mit gekoppelter Gas- und Flüssigkeitsführung. In eine mikromechanisch hergestellte Kavität wird die Flüssigkeit über Ventile zugeführt. Das Gas wird in die Flüssigkeit über eine Platte mit einer Vielzahl von Mikrokanälen gepumpt. Durch die Aufteilung des Gasstroms auf sehr viele kleine Austrittsöffnungen erhält man eine sehr große Grenzfläche zwischen beiden Medien bei gleichzeitig hohem Gasdurchsatz.
Figur 4 zeigt die Möglichkeit der Reduktion der Lageabhängigkeit aufgrund der flüssigen Befüllung. Durch Verringerung der Lochgröße in der Gaszuführung kann ein Volllaufen der Gasleitung aufgrund der seitlichen Anordnung der Gaskanäle verhindert werden. Dies ist je nach Flüssigkeit durch einen Öffnungsdurchmesser im
Mikrometefbereich möglich. Entscheidend für die hierfür notwendige Kanalgröße ist die Oberflächenenergie der drei Grenzflächen. Alternativ kann auch in einem solchen Mikrosystem eine gasdurchlässige Membran eingesetzt werden.
Gemäß Figur 5 läßt sich die Reproduzierbarkeit eines solchen Mikrokonzentrators durch einen Betrieb mit geschlossenem Gaskreislauf erhöhen. Hierbei wird eine definierte Gasmenge in einen Rezipienten V1 eingeschlossen. Dieser wird dann mittels einer Pumpe in einen geschlossenen Kreislauf mehrfach durch die Flüssigkeit geleitet. Hierdurch kann der Prozentsatz der gelösten Stoffe bis zum Erreichen des jeweiligen
Löslichkeitsproduktes sukzessive erhöht werden. Bei sehr geringer Konzentration der zu lösenden Stoffe im Gas kann dieser Zyklus auch mehrfach unter Neubefüllug des Volumens V1 durchlaufen werden. Hierbei bleibt die Flüssigkeitsbefüllung V2 während den Zykluswiederholungen bestehen, um eine Aufkonzentration in der Lösung zu erreichen.
Eine weitere Möglichkeit, eine forcierte Lösung der Fremdstoffe zu erzielen, ist die Lösungsmittelflüssigkeit mittels einer Düse in einem mit dem zu untersuchenden Gas gefüllten Rezipienten gemäß Figur 6 zu versprühen. Aufgrund der sehr großen Gesamtoberfläche und damit Grenzfläche der Flüssigkeitstropfen wird ein großer Anteil der im Gas befindlichen Fremdstoffe gelöst. Die verteilte Flüssigkeit wird durch eine Kühlung der Wände des Rezipienten wieder kondensiert, abgepumpt und kann der weiteren Analyse zugeführt werden.
Figur 7 zeigt ein weiteres Beispiel. Durch Wiederholen des Vorganges, das heißt
Zerstäuben und Kondensieren der Lösung können die im Rezipienten noch befindlichen Anteile an gasgetragenen Fremdstoffen zunehmend gelöst werden und eine Aufkonzentration der Stoffe in der Lösung erzielt werden. Dies kann sowohl zyklisch als auch kontinuierlich erfolgen. Hierzu wird über eine zweite Pumpe ein geschlossener Kreislauf hergestellt. Das Lösungsmittel wird hier nicht mehr direkt in die Düsen eingespritzt, sondern zu Beginn in den Kreislauf injiziert. Nach Durchlauf der erforderlichen Anzahl von Zyklen bzw. Zeit wird das im oben genannten Sinne verbrauchte Gas herausgelassen und der Rezipient neu befüllt.
Figur 8 zeigt, daß eine große Grenzfläche zwischen dem Gas in dem Lösungsmittel ebenfalls durch Verwirbeln in einer Mischereinheit erreicht werden kann. Dabei werden Gas- und Flüssigkeitszuführung jeweils auf viele kleine Kanäle aufgeteilt und diese dann wieder zusammengeführt. Das Mischungsverhältnis wird durch die Leitungsquerschnitte und unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten eingestellt. Auf einer folgenden Durchmischungsstrecke erfolgt die Lösung der Fremdstoffe aus
dem Gas in das Lösungsmittel. Das Abgas kann anschließend in einem Entgaser mittels einer Pumpe wieder aus der Lösung abgezogen werden.
Figur 9 zeigt, wie in dem zu untersuchenden Gas enthaltene Fremdstoffe herausgefiltert und durch abschließendes Spülen des Filters gelöst werden. Hierzu wird das Gas durch einen Filter geleitet. Die Menge der gesammelten Fremdstoffe wird durch den Volumenfluß bestimmt und das Filter wird anschließend durch einen parallel geschalteten Fluidkreislauf mit einem geeigneten Lösungsmittel gespült.
Figur 10 zeigt ein zweistufiges Filtersieb. Das Lösungsmittel durchfließt hier beide
Filter, wodurch partikelgebundene Stoffe ebenfalls herausgewaschen und der weiteren Analyse zugängig gemacht werden.
Aus den Modularitäten der einzelnen Elemente und vor allem der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, daß die Raumluftprobennahme und die Analyse zeit- und ortsnah unmittelbar nachgeschaltet sind, ergibt sich eine kompakte und schlüssige Bauform.
Claims
1. Verfahren zur Nähme von Raumluftproben, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumluftprobennahme und die Analyse zeit- und ortsnah unmittelbar nachgeschaltet sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß hierzu Schwellwerte eingestellt werden können, aufgrund derer dann geeignete Maßnahmen generiert werden können.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensitivität auf verschiedene Gaskomponenten und/oder Aerosole einstellbar ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die betreffenden Gaskomponenten durch Anreicherung nach dem
Gaswäscherprinzip in einem System angereichert und nachfolgend analysiert werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die betreffenden Gaskomponenten durch Anreicherung durch Sprühkonzentration erfolgt und nachfolgend analysiert wird.
6. Einrichtung zur Entnahme und Analyse von Raumluftproben, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Raumluftprobennahme und die Analysemittel in einer ortsnah zusammengeschalteten Gesamtbaueinheit integriert angeordnet sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung in ein gesamtes Klimatisierungssystem mit eingebunden ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß Schwellwerte einstellbar sind, aufgrund derer dann geeignete Maßnahmen auf die Klimatisierungseinrichtung einwirkend generierbar sind.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensitivität auf verschiedene Gaskomponenten und/oder Aerosole einstellbar ist.
10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anreicherung der betreffenden Gaskomponente mit Hilfe eines integrierten Mikrogaswäschers erfolgt.
11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abfederung von Festbestandteilen ein Molekularfilter mit integriert ist.
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