NO831635L - Katalytisk aktivert gassfoeler med immunitet mot katalytiske gifter. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår følere for brennbare gasser. Mer bestemt angår oppfinnelsen katalytisk aktiverte følere for brennbare gasser med en zeolittskjerm som beskytter detektorens katalytt mot forgiftning.

Katalytisk aktiverte følere for brennbare gasser av

den type som er beskrevet i US patent nr. 3.092.799 er i omfattende bruk. Slike følere har et filament av tynn tråd innleiret i en keramisk kapsel hvis utside er behandlet med en katalytt i form av platina eller paladium. En elektrisk strøm føres gjennom filamentet for å varme opp kapselen til en temperatur som ligger betydelig over den omgivende temperatur. Brennbare gasser som kommer i kontakt med kata-lyttflaten på kapselen reagerer ved en temperatur som er lavere enn den normale antennelsestemperatur, og fører til en ytterligere oppvarmning av kapselen og dermed til en forandring i filamentets elektriske motstand. Motstandsforand-ringen i filamentet avleses med passende instrumenter som gir varsel om tilstedeværelse av brennbare stoffer.

Det er kjent at visse materialer forgifter katalyten

og gjør denne uvirksom ved kontakt slik at føleren blir ubrukelig for dens tiltenkte formål. En tidligere fremgangs-måte til utsettelse eller forsinkelse av slik forgiftning var å føre gassene som skulle undersøkes gjennom et filter med aktivt trekull før de ble ledet til den katalytiske føler. Slike filtre har ikke vist seg tilfredsstillende under vanlig bruk på grunn av at deres korte effektive levetid krever stadig utskiftning. I mange industrielle anvend-elser står følerne på utilgjengelige steder og blir ikke passet bortsett fra at man avleser indikasjonene på en fjernt-liggende overvåkningsstasjon. Kravet om en periodisk ved-likeholdsrutine når det gjelder utskiftning av filtre ved slike installasjoner blir ikke sett på med blide øyne av brukeren, og mange har gått over til andre analysemetoder som ikke kan svikte på grunn av forurensning.

Problemet med forgiftning av katalytisk aktiverte følere er omhandlet i US patent nr. 4.111.658 og 4.246.228. Løsningen som der er foreslått er å bygge om følerkapselen ved å bytte ut det keramiske legeme og det katalytiske over-flatebelegg med et kapsellegeme som omfatter en homogen blanding av oksyderende katalyttmateriale og materiale av zeolitt. De forbindelser man oftest står overfor og som er giftige for katlytten har vesentlig større molekyler enn de brennbare gasser som reagerer eksotermisk med katalytten. I teorien blir de store molekyler av giftene fanget opp og holdt tilbake i porene i zeolitten, mens de mindre molekyler av de brennbare gasser fritt kan migrere gjennom føler-legemet for så å reagere i de områder der katalytten befinner seg. Følerne som er beskrevet i de to sistnevnte US patenter, har visse begrensninger som fører til at man får lite tilfredsstillende målinger i atmosfærer som inneholder katalytiske gifter. Katalytisk aktiverte følere må nødvendigvis arbeide ved temperaturer som ligger betydelig over omgivel-senes temperatur. For å holde en virkningsgrad må varme-tapene fra føleren holdes på et minimum, og for å oppnå følsomhet må massen i følerlegemet være liten for å holde den termiske treghet på et minimum. Disse krav resulterer i en føler med et lite overflateareal og en liten masse.

Når følerlegemet er laget av zeolittmateriale, blir temperaturen på hele zeolittmassen hevet til eller over den temperatur ved hvilken de brennbare gasser reagerer med den katalytt føleren inneholder. Ved slike høye temperaturer vil absorpsjonskapasiteten for zeolittmaterialet bli vesentlig nedsatt. Når katalyttpartiklene er fordelt gjennom hele følerens zeolittlegeme vil de katalytiske partikler ved følerlegemets overflate komme i direkte berøring med even-tuelle forurensninger som finnes i prøvegassen og dermed med en gang miste sin virkning, slik at følerens følsomhet avtar drastisk. Tapet av følerens følsomhet øker etterhvert som forurensningene blir i stand til å trenge dypere og dypere inn i følerlegemet på grunn av den økende metning av den beskyttende zeolitt og på grunn av detøkende temperatur-nivå. Følsomheten for føleren vil derfor avta kontinuerlig i løpet av dens levetid, og man kan ikke stole på at den

forblir stabil og under lengre tids bruk.

Det skal pekes på at det i US patent nr. 4.246.228 angis som en mulighet å omgi kapselen som består av en homogen blanding av oksyderende katalytt og zeolittmaterialer med ytterligere lag av katalytisk aktivt materiale og/eller ikke-katalytisk porøst materiale. Innenfor det som her sies er det imidlertid klart at ett eller flere slike lag bare vil være overflatelag som holdes på følerens normale arbeids-temperatur og gir liten ytterligere beskyttelse om noe i det hele tatt, mot forgiftning av katalyttområdene enn den beskyttelse man har i selve det homogene legeme.

Foreliggende oppfinnelse'omfatter en føler for brennbar gass av vanlig konstruksjon, omfattende et oppvarmnings-filament som er innleiret i et keramisk legeme hvis utside bærer et katalyttbelegg. Katalytten på føleren er beskyttet mot forgiftning av en omhylning som er pakket med et zeolittmateriale i stort sett ren form, der massen for og volumet av zeolitten er mange ganger større enn massen og volumet for føleren. Da den eksotermiske reaksjon mellom de brennbare stoffer fortsetter å finne sted bare ved en katalytisk overflate av føleren, er det unødvendig å varme opp zeolitten i det hele tatt og derved bevares absorpsjonsevnen. I virke-ligheten bidrar de varmeisolerende egenskaper ved zeolitten til å bevare følerens varme slik at man dermed får en økning i virkningsgraden når det gjelder føleren uten påviselig reduksjon i følsomheten. Videre vil følerens katalytt ikke være utsatt for gradvise angrep av forgiftende forbindelser ved den normale levetid for føleren fordi den forholdsvis store masse av zeolitt utgjør en absorpsjonsreserve som vil være tilstrekkelig ut over den normale levetid for føleren. Variasjoner i følerens følsomhet utenfor området av de som finner sted under bruk i en uforurensende atmosfære har man derfor ikke funnet.

I korthet omfatter oppfinnelsen en katalytisk aktivert føler for brennbare gasser innesluttet i et hus med minst en gassgjennomtrengelig vegg. Det innvendige volum av huset er meget større enn volumet av føleren og er pakket med uforurenset pulverisert zeolitt som fullstendig omgir føleren med materiale som absorberer og immobiliserer even-tuelle gasser eller damper som er giftige for følerkata-lytten, samtidig med at fri passasje for de brennbare gasser tillates til føleren.

En fordel med foreliggende oppfinnelse er å beskytte en katalytisk aktivert føler for brennbare gasser mot å bli satt ut av virksomhet med stoffer som kan forgifte katalytten .

En annen fordel med oppfinnelsen er å forbedre virkningsgraden for en katalytisk aktivert føler for brennbare gasser som er immun overfor katalytiske gifter ved å holde energiforbruket i føleren på et minimum.

Nok en fordel med oppfinnelsen er at reaksjonsevnen den immune føler har ikke forandrer seg i løpet av dens levetid, noe som er oppnådd med midlene som hindrer forgiftning av katalytten.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under hen-visning til tegningen der: Fig. 1 viser et snitt gjennom føleren i henhold til oppfinnelsen og

fig. 2 viser et koplingsskjerna for en brokrets som vanligvis anvendes for å gi et elektrisk signal som er knyttet til konsentrasjonen av brennbar gass som føleren er utsatt for.

Den beskyttede føler 10 i henhold til oppfinnelsen, som er vist på fig. 1, omfatter en keramisk kapsel 11 hvori det er innleiret et filament av motstandstråd. Overflaten av kapselen er belagt med en katalytt, f.eks. platina eller palladium som beskrevet i det tidligere nevnte US patent nr. 3.092.799. Kapselen 11 er forholdsvis liten og endelederne av filamentet som stikker ut av selve legemet, er meget ømfindtlige. For å lette håndtering av kapselen 11

og tilkoplingen av denne til en elektrisk målekrets, blir

følerne i alminnelighet montert i en holder 12 som omfatter en metallring 13 rundt en skive 14 av glass eller annet isolerende materiale. Et par stive metallstøtter 15, 15' som er festet i skiven 14 med glass/metallforbindelser, eller med et passende bindemiddel hvis skiven er av annet materiale, stikker gjennom skiven for å holde kapselen 11

i god avstand over bæreren og for å etablere elektriske forbindelser til føleren ved de nedre ender av støttene, under bæreren. Endelederne av filamentet i kapselen 11 er festet til støttene 15, 15' ved sveising eller trykkfor-bindelser. En sintret metallkappe 16 som er loddet fast til ringen 13 ved sin nedre kant beskytter føleren mot skader og tjener som en flammesperre, samtidig med at den tillater fri passasje av gasser til føleren.

Utførelsen på fig. 1 så langt den hittil er beskrevet, er vanlig og danner en føler som er tilfredsstillende for bruk ved påvisning av brennbare gasser i atmosfærer som er fri for stoffer som er giftige for følerens katalytt. I henhold til oppfinnelsen får man beskyttelse mot katalytiske gifter ved helt å fylle rommet rundt kapselen 11 med en zeolitt som er i stand til å fange opp katalytisk giftige stoffer som det er sannsynlig å treffe på. En tynnvegget metallsylinder 17 med dimensjoner som passer til den innvendige høyde og diameter av kappen 16 er ved sin nedre kant festet til en oppadrettet flens 18 som er i ett stykke med ringen 13. Sylinderen 17 er pakket full med zeolittpulver 21 slik at kapselen 11 blir fullstendig innehyllet i et volum av zeolitt som er mange ganger større enn volumet av føleren. Typiske dimensjoner for sylinderen er 6\ mm høyde og 8 mm diameter. Kapselen 11 er omtrent kuleformet med en diameter på 0,4 mm. Dermed vil volumet av zeolitt som finnes i sylinderen 17 være rundt 10 4 x volumet av føleren og for-holdet mellom massen av zeolitt og massen av føleren er til-svarende. Toppen av sylinderen 17 er lukket med en gass gjennomtrengelig skive 22 av filtrerpapir eller liknende. Etter fylling av sylinderen 17 med zeolitt blir kapselen 16 satt på plass for å beskytte det hele mot skade, og for å danne en flammesperre som muliggjør trygg drift av føleren i en eksplosiv atmosfære.

Det skal påpekes at sylinderen 17 bare anvendes fordi det er hensiktsmessig når zeolitt pakkes manuelt i rommet som omgis av bæreren 12 og kappen 16. Andre metoder til fylling av dette hulrom, f.eks. fylling ved innblåsning gjennom en lukkbar åpning i bæreren 12, kan anvendes, og både sylinderen 17 og skiven 22 kan da utelates.

Zeolittmaterialet 21 kan velges blant materialer i

en gruppe som har den egenskap at materialene kan fange opp de forurensninger det er sannsynlig man står overfor på det sted der føleren skal brukes. Det materialet som foretrekkes på grunn av dets effektivitet når det gjelder å blokkere passasje av silikonforbindelser til føleren,er en zeolitt som markedsføres av Linde Division av Uion Carbide Corpor-ation, Danbury, Connecticut under navnet Linde Molecular Sieve Catalyst Base LZ-Y62 pulver.

Fig. 2 er et koplingsskjerna for en brokrets som ofte benyttes for å frembringe en signalutgang fra følere for brennbare gasser av den type det her er tale om. Den beskyttede føler 10 fra fig. 1 er koplet i serie med en referansemotsi)a£nd 25 som omfatter en anordning som i :§lle deler tilsvarer føleren 10, innbefattende zeolittmassen, bortsett fra at det katalytiske belegg på kapselen 11 er utelatt eller forgiftet med hensikt. Seriekoplede balanse-motander 26 og 27 er koplet i parallell med følergrenene 10 og 25, og broen tilføres likespenning ved klemmene 28 og 29. Signalspenning tas fra klemmene 31 og 32. Formålet med referansemotstanden 25 er å utlikne motstandsendringer i føleren 10 på grunn av forandringer i den omgivende temperatur. Broen balanseres ved justering av den variable motstand 27 slik at man får null signalutgang når det ikke er brennbare gasser tilstede. Deretter vil opptreden av en signalspenning mellom klemmene 31 og 32 angi tilstedeværelse av brennbar gass som vil føre til en temperaturøkning og forandring i motstanden i føleren 10, men ingen forandringer vil da finne sted i motstanden 25.

Claims (2)

1. Katalytisk aktivert føler (10) for brennbar gass, som er immun mot forgiftning, omfattende et filament av motstandstråd innleiret i en keramisk kapsel (11) med et belegg av katalytisk materiale, karakterisert v e d et gassgjennomtrengelig hus (22) som omgir kapselen (11) og en pakning av uforurenset zeolittmateriale (21) som fyller huset og fullstendig omgir kapselen.

2. Føler som angitt i krav 1, karakterisert v e d at det volum som huset omgir og volumet av zeolittmaterialet (21) som finnes i dette er mange ganger større enn volumet av kapselen (11) .