DE2710394A1 - Verfahren und vorrichtung zur feststellung von kohlenmonoxyd in luft - Google Patents

Description

DR.-ING. DIPL.-ING. M. SC. DIPl..-PHYS. "JR. DIPL.-PHYS. HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

Mine Safety Appliances Company 400 Penn Center Blvd.
Pittsburgh, Pa. / USA

Verfahren und Vorrichtung zur Peststellung von Kohlenmonoxyd in Luft

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feststellung von Kohlenmonoxyd in Luft.

Bei bekannten Vorrichtungen ist nicht selten eine verhältnismäßig lange Aufwärmzeit erforderlich, verbunden mit Temperaturkontrollen der ausgewerteten Luftmengen, damit keine Fehlmessungen entstehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feststellung von Kohlenmonoxyd in Luft zu schaffen, bei denen die Lebensdauer des verwendeten Katalysators wesentlich vergrößert ist und Temperaturkontrollen nicht mehr erforderlich sind und weiterhin der bei jeder Messung verwendete Bezugspunkt, also üblicherweise der Nullpunkt des Kohlenmonoxyddetektors jeweils einmal während jedes Meßzyklus neu festgelegt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem eingangs genannten Verfahren und besteht erfindungsgemäß darin, daß ein Luftstrom durch ein erstes Bett mit einer regenerierungsfähigen, lufttrocknenden Substanz und anschließend durch ein poröses, inaktives Material geleitet wird, wobei eine Teilmenge der das inaktive Material verlassenden, getrockneten Luft zu einem Kohlenmonoxyddetektor und der Rest durch ein Kohlenmonoxyd entfernendes katalytisches Material, welches im wesentlichen den gleichen Fließwiderstand wie das inaktive Material bietet, geführt, daß anschließend die aus dem katalytischen Material austretende Luft durch ein zweites Bett einer regenerierungsfähigen, lufttrocknenden Substanz mit im wesentlichen dem gleichen Volumen und Fließwiderstand wie die Substanz des ersten Bettes geführt und zur Atmosphäre entlassen wird und daß anschließend der Luftfluß durch die Betten

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und Materialien reversiert wird, so daß nunmehr die das katalytische Material verlassende Luft dem Detektor und die Luftrestmenge dem inaktiven Material und weiter dem erstgenannten Bett und schließlich der Atmosphäre zugeführt wird zur Erzielung einer von dem Detektor immer dann angezeigten Kohlenmonoxydmenge, wenn die dem Detektor zufließende Luft zuerst das inaktive Material durchflossen hat.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite hohle, offenendige Säule sowie an einem Ende der ersten Säule ein Kohlenmonoxyd entfernendes katalytisches Material und am gleichen Ende der zweiten Säule ein poröses inaktives Material vorgesehen sind, welches im wesentlichen den gleichen Fließwiderstand wie das katalytische Material aufweist, daß in jeder Säule zwischen dem katalytischen oder inaktiven Material und dem anderen Säulenende ein Bett einer regenerierungsfähigen, lufttrocknenden Substanz angeordnet ist und das Volumen und der Fließwiderstand dieser Betten in beiden Säulen der gleiche ist, daß ein Umschaltventil vorgesehen ist, welches einen Einlaßluftstrom dem einen Ende der ersten Säule zuführt und gleichzeitig das entsprechende Ende der zweiten Säule mit der Atmosphäre verbindet und daß die anderen Enden der Säulen miteinander, jedoch unter Bildung einer Auslaßöffnung zwischen den Säulen verbunden sind und daß durch diese Auslaßöffnung mindestens eine Luftteilmenge der wahlweise dem Einlaßbereich jeder Säule zuführenden Luftgesamtmenge fließt und einem Kohlenmonoxyddetektor zugeführt ist, dem eine Anzeigeeinrichtung zugeordnet ist, die immer dann den Kohlenmonoxydgehalt anzeigt, wenn das Umschaltventil so betätigt ist, daß der dem Detektor zugeführte Luftfluß von der zweiten Säule kommt und daher durch das inaktive Material geflossen ist.

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Die Erfindung besteht daher Im einzelnen darin, daß an dem einen Ende einer ersten hohlen Säule, die beidseitig offenendig ist, ein Kohlenmonoxyd entfernendes, katalytisches Material angeordnet ist, wohingegen am gleichen Endbereich einer ähnlichen zweiten Säule lediglich ein poröses inaktives Material vorhanden ist, so daß einem Luftfluß etwa der gleiche Fließwiderstand entgegengesetzt wird, wie durch das katalytische Material. In jeder Säule befindet sich darüber hinaus noch eine regenerierungsfähige, lufttrocknende Substanz, die jeweils von dem katalytischen oder inaktiven Material ausgeht und eich bis zum Säulenende erstreckt. Auch das Volumen und der Fließwiderstand dieser lufttrocknenden Substanz ist so, daß sich für die beiden Betten gleiche Durchflußbedingungen für einen durch die Säulen fließenden Luftstrom ergeben. Über eine geeignete Ventilanordnung wird dem einen Ende der ersten Säule ein Luftstrom zugeführt und gleichzeitig das entsprechende Ende der anderen Säule mit der Atmosphäre verbunden. Dies ist eine erste Schaltposition dieses Ventils, wobei in beiden Schaltpositionen - auf die zweite wird weiter unten noch eingegangen die anderen Enden der Säulen über ein Leitungsstück miteinander verbunden sind, welches über eine mittlere Auslaßöffnung verfügt, mit welcher ein Druckregler oder ein sonstiges, druckreduzierendes Element verbunden ist. Das Umschaltventil ist so ausgebildet, daß der Luftfluß durch die beiden so miteinander verbundenen Säulen periodisch reversiert werden kann. Dabei tritt aber immer nur ein Teil des jeweils fließenden Gesamtluftstroms aus jeder der beiden Säulen in die mittlere Abzweigung und in den dort angeordneten Druckregler ein, während der restliche Luftstrom durch die dann jeweils andere Säule zur Atmosphäre abfließt. An den Auslaß des Druckreglers ist ein Kohlenmonoxyddetektor angeordnet, dem seinerseits wieder eine Anzeige- oder Registriervorrichtung für den gemessenen Kohlen-

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monoxydgehalt zugeordnet ist. Ersichtlich erfolgt eine Anzeige des Kohlenmonoxydgehalts jeweils dann, wenn der Luftfluß vom Detektor aus der zweiten Säule stammt, also aus der Säule, die lediglich ein inaktives und den Kohlenmonoxydgehalt der Luft nicht beeinflussendes Material hinter der lufttrocknenden Substanz enthält.

Man erzielt auf diese Weise den besonderen Vorteil, daß zyklisch eine Nullpunktfeststellung durchgeführt wird und die Messung nicht mehr abhängig ist von der Temperatur des Meßmediums selbst, in diesem Falle also von der durch die Säulen geführten Luft. Ein weiterer Vorteil ist die besondere Einfachheit des hochpräzise Meßergebnisse erzielenden Systems, da nur einige wenige Bauteile benötigt werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren sowie Aufbau und Wirkungsweise eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung

mit zum Teil weggebrochenen Teilen und Fig. 2 das Fließschema in einer schematischen Darstellung.

Der Zeichnung lassen sich zwei parallele hohle Säulen 1 und 2 entnehmen, die von Röhren gebildet sind, deren Enden in einer solchen Weise miteinander verbunden sind, daß insgesamt eine rechteckförmige Struktur gebildet ist. Im einzelnen ist das eine Ende der beiden Säulen mit gegenüberliegenden öffnungen eines Vierwegeventils 3 verbunden, bei dem es sich bevorzugt

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um ein elektrisch betätigbares, solenoidgeschaltetes Ventil handelt. Eine der beiden restlichen Ventilöffnungen ist dann mit einer Einlaßröhre 4 verbunden, die sich bevorzugt zwischen den beiden Säulen befindet. Die verbleibende Ventilöffnung ist über eine Röhre 5 in die Atmosphäre geöffnet. Bei einer der Schaltpositionen des Ventils, die in Fig. 2 gezeigt ist, verbindet dieses Ventil die Einlaßöffnung mit der Säule 1 und gleichzeitig die Säule 2 mit der Atmosphäre. Wird das Ventil umgeschaltet, dann ist ein Luftfluß zunächst in die zweite Säule gerichtet, und die erste Säule ist dann mit der Atmosphäre verbunden.

Am gegenüberliegenden Ende sind die beiden Säulen fest über eine Leitung miteinander verbunden, die ein T-Stück 7 umfaßt. Das T-Stück verfügt über eine zentrale Auslaßöffnung, die über ein Verbindungsstück 8 mit einer üblichen, einen Fluß begrenzenden Einrichtung, beispielsweise einem Druckregler 9 verbunden ist, dessen Auslaß an einen elektrisch betriebenen Kohlenmonoxyddetektor 10 konventioneller Form angeschlossen ist. In besonders geeigneter Weise handelt es sich bei diesem Detektor um eine Type, bei welcher das Kohlenmonoxyd von einem Bett eines katalytischen Materials, für welches beispielsweise Hopcalite verwendet werden kann, oxydiert wird; es ergibt sich dann ein Anstieg in der Temperatur des Bettes, der proportional zum Kohlenmonoxydgehalt des Gases ist. Bevorzugt ist zwischen dem Druckregler und dem Detektor in der Verbindungsröhre 11 ein übliches Molekularsieb angeordnet. Bei einer entsprechenden Einstellung des Druckreglers zur Begrenzung eines Luftdurchflusses durch diesen fließt dann einige, in das T-Stück 7 eindringende Luft aus jeder der Säulen geradewegs durch das T-Stück hindurch und dann in eine Richtung zurück durch die andere Säule.

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Am Ende der Säule 1 nahe bzw. angrenzend zum Druckregler befindet sich ein Kohlenmonoxyd entfernendes katalytisches Material 13, beispielsweise wieder Hopcalite, welches das in der durch dieses Material fließenden Luft enthaltende CO ausbrennt. Im gleichen Ende der anderen Säule befindet sich ein Körper eines porösen, aber inaktiven Materials 14, dessen Zweck es ist, dem Luftfluß im wesentlichen den gleichen Widerstand entgegenzusetzen, wie dies das katalytische Material tut. Darüber hinaus ist zwischen den soeben erwähnten Materialien in jeder Säule und dem gegenüberliegenden Ende bzw. dem Ventilendbereich dieser Säule ein Bett einer regenerierungsfähigen, lufttrocknenden Substanz 15 angeordnet, die Kohlenmonoxyd in keiner nennenswerten Weise absorbiert oder zurückhält; bei dieser Trocknungssubstanz kann es sich um sog. Alumina, also Aluminiumhydroxyd u. dgl. oder bevorzugter, beispielsweise um sog. Silicagel handeln. Die Volumensmengen dieses Materials und ihre Flußwiderstände gegenüber einem Luftdurchfluß in beiden Betten sind im wesentlichen gleich. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß das in jeder Säule angeordnete Material den gleichen Widerstand gegenüber einem Luftdurchfluß bietet, bezogen auf das Material in der jeweils anderen Säule. Die lufttrocknende Substanz und das andere Material in jeder Säule werden von einem Filter 16 getrennt; entsprechende andere Filter 17 sind an den sich gegenüberliegenden Endbereichen jeder Säule ebenfalls angeordnet.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird über das Vierwegeventil 3 einer der Säulen ein Luftstrom zugeführt. Wenn dieser Luftfluß durch die das katalytische Material 13 enthaltende Säule 1 fließt, dann wird das in der Luft enthaltende Kohlenmonoxyd entfernt. Bevor der Luftstrom das katalytische Material in dieser Säule erreicht, .wird er von dem Bett 15 aus Silicagel

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oder Alumina getrocknet. Der Luftstrom tritt dann aus der Säule aus und trennt sich am T-Stück 7 in der Weise auf, daß eine bestimmte Luftmenge über das T-Stück zur anderen Säule und durch diese im Gegenfluß zurück zum Ventil und wie in Fig. 2 gezeigt zur Atmosphäre fließt. Bei ihrem Durchfluß durch diese zweite Säule entfernt die Luft Feuchtigkeit aus dem Trocknungsmaterial, welches in dieser Säule enthalten ist. Diese Feuchtigkeit stammt von einem Luftfluß bei einem früheren Zyklus, bei welchem sich das Vierwegeventil in einer anderen Schaltposition befunden hat. Der Rest des die Säule 1 verlassenden Luftstroms fließt dann zum und durch den Druckregler, das Molekularsieb und schließlich durch den Detektor 10 zur Feststellung von Kohlenmonoxyd. Dieser Detektor, der von beliebigem und bekanntem Aufbau sein kann, ist über eine geeignete Kabelverbindung 19 mit einem in Fig. 2 gezeigten und den Kohlenmonoxydgehalt angebenden Anzeigegerät verbunden. Ein solches Anzeige- und Lesegerät ist für den Fachmann bekannt, so daß hierauf nicht weiter eingegangen zu werden braucht. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer wird die Ventilstellung reversiert, beispielsweise mit Hilfe einer nicht dargestellten Zeitschaltung oder einer ähnlichen Anordnung, so daß nunmehr der in die öffnung 4 des Vierwegeventils eindringende Luftstrom zunächst durch die zweite Säule 2 und das in dieser befindliche inaktive poröse Material 14 fließt. Da dieses Material Kohlenmonoxyd nicht entfernt, wird dann der den Detektor erreichende Teilluftstrom bei dieser Ventilstellung diesen veranlassen, die Gegenwart von Kohlenmonoxyd anzuzeigen und zu registrieren. Der Rest des Luftstroms fließt durch die Säule 1 zurück und trocknet das in dieser enthaltene Trocknungsmaterial.

Der Detektor vergleicht das angezeigte und registrierte Ergeb-

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nis der Kohlenmonoxydprobe mit der Nullanzeige und Nullregistrierung an Kohlenmonoxyd vom vorhergehenden Halbzyklus; das so gewonnene Ergebnis wird dann von dem Gerät angezeigt und gegebenenfalls registriert. Es läßt sich so feststellen, daß jeweils einmal bei jedem Zyklus, und zwar immer dann, wenn der Luftstrom in der Richtung der in Fig. 2 angegebenen Pfeile zeigt, ein Nullpunkt-Bezugswert gewonnen wird. Auf diese Weise ist es nicht mehr erforderlich, die Temperatur der Luft zu kontrollieren, denn die Signalhöhenstabilität ist unabhängig von der Langzeit-Nullpunktstabilität. Beispielsweise führt eine Umgebungstemperaturänderung von 10 % zu keiner feststellbaren Änderung in der Anzeige und Registrierung des Meßwerts. Außerdem sind bei dem erfindungsgemäßen System längere Aufwärmperioden nicht mehr erforderlich, um zu einer sinnvollen und zuverlässigen Anzeige zu gelangen. Selbst dann, wenn beispielsweise eine Stunde lang ein Leistungsverlust oder eine sonstige Stromabschaltung aufgetreten ist, genügt eine zehnminütige Aufwärmperiode.

Die verwendeten Trocknungsbetten beispielsweise aus dem erwähnten Alumina oder Silicagel entfernen nicht nur Wasserdampf aus dem Luftstrom, sondern treten auch in eine Wirkverbindung mit solchen schädlichen Materialien wie H^S, SO- und NH₃. Auf diese Weise läßt sich die Lebensdauer des Katalysators erheblich verlängern. Jeweils einmal pro Zyklus wird jedes Bett regeneriert.

Als besonders vorteilhaft hat sich bei vorliegender Erfindung herausgestellt, daß erheblich weniger Komponenten und Bauteile als bisher verwendet werden müssen und dennoch präzise Angaben erlangt werden können. Die Erfindung ist daher auch besonders preisgünstig.

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Claims (9)

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   Patentansprüche

   f 1 J Verfahren zur Feststellung von Kohlenmonoxyd in Luft, ^K dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftstrom durch ein erstes Bett mit einer regenerierungsfähigen, lufttrocknenden Substanz und anschließend durch ein poröses, inaktives Material geleitet wird, wobei eine Teilmenge der das inaktive Material verlassenden, getrockneten Luft zu einem Kohlenmonoxyddetektor und der Rest durch ein Kohlenmonoxyd entfernendes katalytisches Material, welches im wesentlichen den gleichen Fließwiderstand wie das inaktive Material bietet, geführt, daß die aus dem katalytischen Material austretende Luft durch ein zweites Bett einer regenerierungsfähigen, lufttrocknenden Substanz mit im wesentlichen dem gleichen Volumen und Fließwiderstand wie die Substanz des ersten Bettes geführt und zur Atmosphäre entlassen wird und daß anschließend der Luftfluß durch die Betten und Materialien reversiert wird, so daß nunmehr die das katalytische Material verlassende Luft dem Detektor und die Luftrestmenge dem inaktiven Material und weiter dem erstgenannten Bett und schließlich der Atmosphäre zugeführt wird zur Erzielung einer von dem Detektor immer dann angezeigten Kohlenmonoxydmenge, wenn die dem Detektor zufließende Luft zuerst das inaktive Material durchflossen hat.
2. 2. Vorrichtung zur Feststellung von Kohlenmonoxyd in Luft, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite hohle, offenendige Säule (1, 2) sowie an einem Ende der ersten Säule (1) ein Kohlenmonoxyd entfernendes katalytisches Material (13) und am gleichen Ende der zweiten Säule (2) ein

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   ORIGINAL INSPECTED

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   poröses inaktives Material (14) vorgesehen sind, welches im wesentlichen den gleichen Fließwiderstand wie das katalytische Material aufweist, daß in jeder Säule zwischen dem katalytischen oder inaktiven Material (13, 14) und dem anderen Säulenende ein Bett einer regenerierungsfähigen, lufttrocknenden Substanz (15) angeordnet ist und das Volumen und der Fließwiderstand dieser Betten in beiden Säulen (1, 2) der gleiche ist, daß ein Umschaltventil (3) vorgesehen ist, welches einen Einlaßluftstrom dem einen Ende der ersten Säule (1) zuführt und gleichzeitig das entsprechende Ende der zweiten Säule (2) mit der Atmosphäre verbindet und daß die anderen Enden der Säulen (1, 2) miteinander, jedoch unter Bildung einer Auslaßöffnung zwischen den Säulen verbunden sind und daß durch diese Auslaßöffnung mindestens eine Luftteilmenge der wahlweise dem Einlaßbereich jeder Säule zuführenden Luftgesamtmenge fließt und einem Kohlenmonoxyddetektor (10) zugeführt ist, dem eine Anzeigeeinrichtung (20) zugeordnet ist, die immer dann den Kohlenmonoxydgehalt anzeigt, wenn das Umschaltventil (3) so betätigt ist, daß der dem Detektor (10) zugeführte Luftfluß von der zweiten Säule kommt und daher durch das inaktive Material (14) geflossen ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine das Umschaltventil (3) periodisch betätigende Anordnung vorgesehen ist, die den Luftfluß durch die Säulen zyklisch reversiert derart, daß am Anzeige- und/oder Registriergerät (20) neben der Anzeige des Kohlenmonoxydgehalts zyklisch eine Nullpunktsanzeige erscheint.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der von einem Leitungszwischenstück (7) gebildeten

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   Auslaßöffnung zwischen den Säulen (1, 2) eine Flußbegrenzungseinrichtung (Druckregler 9) verbunden ist, derart, daß lediglich ein Teil der in den Säulen zirkulierenden Gesamtluftmenge zum Detektor (10) gelangt.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Säulen (1 , 2) angeordnete lufttrocknende Substanz Silicagel oder Alumina ist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (3) als Vierwegeventil ausgebildet und fest mit den zugeordneten Säulenenden verbunden ist, derart, daß ein einer Einlaßöffnung zugeführter Luftstrom wahlweise über zwei Auslaßöffnungen jeder der beiden Säulen (1, 2) zuführbar und der aus der jeweils anderen Säule austretende Luftstrom zur Atmosphäre abführbar ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsverbindungsstück (7) sowie der Druckregler (9) fest zwischen den Säulen (1, 2) sowie dem Umschaltventil (3) angeordnet sind.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenmonoxyddetektor (10) am Druckregler (9) so gelagert ist, daß er sich zwischen dem Druckregler und dem Umschaltventil (3) befindet.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Druckregler (9) und dem Detektor (10) ein Molekularsieb (11) angeordnet ist.

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