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Dokumentenidentifikation DE69601227T2 02.06.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0827588
Titel VORRICHTUNG ZUR PROBENAHME VON GASEN, FLÜSSIGKEITEN, AEROSOLEN ODER PULVERFÖRMIGEN STOFFEN ZWECKS IN-SITU ANALYSE
Anmelder L'Etat Français représenté par le Délégué Général pour l'Armement, Paris, FR;
Proengin S.A., Saint-Gyr-l'Ecole, FR
Erfinder BLEUSE, Patrick, F-78390 Bois-d'Arcy, FR;
CLAUSIN, Pierre, F-92410 Ville-d'Avray, FR;
HEURTEL, Christian, F-91710 Vert-le-Petit, FR
Vertreter Prinz und Kollegen, 81241 München
DE-Aktenzeichen 69601227
Vertragsstaaten BE, CH, DE, FR, GB, LI, SE
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 25.04.1996
EP-Aktenzeichen 969142421
WO-Anmeldetag 25.04.1996
PCT-Aktenzeichen FR9600633
WO-Veröffentlichungsnummer 9634266
WO-Veröffentlichungsdatum 31.10.1996
EP-Offenlegungsdatum 11.03.1998
EP date of grant 23.12.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.06.1999
IPC-Hauptklasse G01N 1/02
IPC-Nebenklasse G01N 1/00   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Probenahme von gasförmigen Substanzen, Flüssigkeiten, Aerosolprodukten oder sogar pulverförmigen Materien in Hinsicht auf deren Analyse in situ in einer Vorrichtung zur Analyse von gasförmigen Zusammensetzungen.

Sie betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, die Ermittlung der Verseuchung durch Substanzen mit sehr hoher Toxizität, wie sie beispielsweise in chemischen Waffen benutzt werden, und die in Form von Gas, von feinen Tröpfchen oder sogar von untereinander in Abstand liegenden feinen Partikeln ausgebreitet werden können.

Zum Durchführen einer solchen Ermittlung hat man schon insbesondere in den im Namen der Antragstellering angemeldeten Patenten FR 26 118 98 und 26 482 27 ein tragbares Gerät zur Analyse von gasförmigen Zusammensetzungen in Verbindung mit einer Vorrichtung zur Probenahme und zur Vaporisation der zu analysierenden Substanz angeboten.

Gemäß dem Patent FR 2 648 227 umfaßt die Probenahmevorrichtung eine elastische Zunge, welche einen elektrischen Heizwiderstand trägt, der zum Vaporisieren der von der Zunge gesammelten Substanzen dient.

Es ist erwiesen, daß diese Vorrichtung zwangsläufig die Intervention eines Bedieners erfordert: dieser muß die Probenahmen durchführen und anschließend die entnommenen flüssigen Substanzen vaporisieren, so daß die erzeugten Dämpfe vom Analysengerät als zu analysierende gasförmige Zusammensetzung aufgesaugt werden.

Die Erfindung hat insbesondere zum Ziel, diese Ergebnisse ohne die Unterstützung irgendeines Bedieners zu erreichen, so daß das System Probenahmevorrichtung/Vorrichtung zur Analyse wie eine vor Ort installierte autonome Sonde zur sofortigen Ermittlung des Auftretens einer Verseuchung oder einer atmosphärischen Verschmutzung benutzt werden kann.

Um dieses Ergebnis zu erzielen umfaßt die erfindungsgemäße Probenahmevorrichtung einen Kollektor, dessen Sammelfläche der Atmosphäre, deren eventuelle Verseuchung man ermitteln möchte, ausgesetzt ist, ein Probenahmeorgan, das mit der besagten Sammelfläche in einer Zone mit reduzierten Abmessungen in Kontakt tritt, Hilfsmittel zum Ermöglichen einer relativen Verschiebung zwischen dem besagten Probenahmeorgan und der besagten Fläche, so daß diese von dem besagten Probenahmeorgan während mindestens einer Abtastsequenz abgetastet wird, Heizhilfsmittel in Verbindung mit den besagten Probenahmehilfsmitteln zur Durchführung einer Vaporisation der während der Abtastsequenz eventuell gesammelten verseuchenden Materien, und eine Saugdüse, die an der Einlaßöffnung eines Gerätes zur Analyse von gasförmigen Zusammensetzungen angeschlossen wird, wobei diese Düse so gestaltet ist, daß sie die von den Heizhilfsmitteln erzeugten Dämpfe von verseuchenden Materien ansaugen kann.

Vorzugsweise Kann die vorstehend erwähnte Saugdüse einen Schieber mit folgenden Funktionsmöglichkeiten aufweisen:

- entweder das Ansaugen der umgebenden Atmosphäre zur Analyse der gasförmigen Zusammensetzung dieser Atmosphäre,

- oder ein Ansaugen der von den Heizhilfsmitteln verursachten Dämpfe, um die Gegenwart von festen oder flüssigen verseuchenden Materien festzustellen, welche sich auf der Sammelfläche angelagert haben und vom Probenahmeorgan aufgesammelt wurden.

Weiterhin kann die Probenahmevorrichtung mit einer Automatik zum Steuern der Heizhilfsmittel und des Analysengerätes am Ende der Abtastsequenz ausgestattet sein.

Ausführungsarten der Erfindung werden nachfolgend als nicht begrenzende Beispiele beschrieben, mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen, in welchen:

Die Abb. 1 eine Seitenansicht eines mit einer erfindungsgemäßen Probenahmevorrichtung ausgestatteten Gerätes zur Analyse von gasförmigen Zusammensetzungen darstellt;

Die Abb. 2 eine Erhebung der in der Abb. 1 dargestellten Probenahmevorrichtung in vergrößertem Maßstab darstellt;

Die Abb. 3 einen Teilausschnitt des Probenahmeorgans und der mit ihm verbundenen Saugdüse darstellt;

Die Abb. 4 einen Axialschnitt des Kollektors darstellt.

In diesem Beispiel besteht das Gerät zur Analyse von gasförmigen Zusammensetzungen aus einem tragbaren, autonomen Gerät für die Analyse durch Flammenspektralphotometrie von dem im Namen der Antragstellerin angemeldeten Patent FR Nr. 87 02762 beschriebenen Typ.

Dieses Gerät umfaßt einen Körper 1 mit länglicher Form, welcher an der einen Seite mit elektrischen Anschlußhilfsmitteln 2, und an der anderen Seite mit einem Saugkopf 3 für die zu analysierenden Gase ausgestattet ist. Ein Handgriff 4 umschließt einen Generator zum Erzeugen von Wasserstoff, welcher zur Verbrennung des zu analysierenden Gases in Hinsicht auf die Erzeugung der Flamme, deren spektrographische Analyse durchgeführt werden soll, beiträgt.

Dieses Gerät setzt einen Brenner ein, der mit einem Fenster ausgestattet ist, welches eine fokalisierende Optik enthält, in deren Achse eine mit einer Vielzahl von jeweils einem gesuchten Element entsprechenden optischen Filtern versehene drehbare Zerlegevorrichtung sowie eine in der Fokalisierungszone der Optik angebrachte optoelektronische Zelle angeordnet sind.

Das von der Zelle abgegebene elektrische Signal wird an einen elektronischen Verarbeitungskreislauf übertragen, welcher es ermöglicht, den Gehalt des Gases an gesuchten Bestandteilen zu bestimmen und auf einem Display anzuzeigen. Im Rahmen dieser Anwendung enthält er Hilfsmittel zum Auslösen eines Alarms und eventuellen Fernübertragung eines Alarmsignals im Anschlug an die Ermittlung eines gesuchten Bestandteils.

Der Einlaß des zu analysierenden Gases (normalerweise die Umgebungsluft) in das Innere des Brenners wird anhand einer Turbine und eines Einlaßkanals, der über eine im Saugkopf 3 angebrachte Öffnung 5 außen mündet, gewährleistet.

Die abnehmbare, mit dem Analysengerät 1 verbundene Probenahmevorrichtung 6 ist so gestaltet, daß sie anhand von leicht abtrennbaren Assemblier- und Befestigungsmitteln auf dem Saugkopf 3 des Gerätes montiert werden kann.

Sie umfaßt einen Kollektor 7 mit einem Gehäuse in annähernd zylindrisch- kegelstumpfförmiger Form, dessen Sockel 8, welcher den zylinderförmigen Teil 9 umschließt, sich schräg zur allgemeinen Symmetrieachse XX' ausweitet. Auf diesem Sockel 8 ist ein Assemblierelement 10 in Form eines Winkeleisens befestigt, dessen einer Flügel eine Aussparung 11 aufweist, durch welche ein Übergangsstück 12 geführt wird, welches in die Öffnung 5 des Saugkopfes 3 eingeführt wird.

Das Gehäuse des Kollektors 7 enthält einen koaxialen elektrischen Antrieb 15, dessen Ausgangswelle 20 durch den kleinen Sockel, welcher die Spitze des kegelstumpfförmigen Teils bildet, geführt wird.

Die elektrische Energieversorgung dieses Antriebs 15 wird anhand eines Kabels, welches an die elektrischen Anschlußhilfsmittel 2 angeschlossen wird, über das Analysegerät 1 gewährleistet.

Die Welle 20 versetzt anhand eines Nutkeils 21 ein Antriebselement mit annähernd konischer Form 22, welches parallel und in kleinem Abstand zum kegelstumpfförmigen Teil 18 verläuft, in Drehung. Die dynamische Dichte zwischen diesen beiden Teilen wird durch die Verwendung eines ringförmigen Dichtungselementes 23 mit X-förmigem Querschnitt gewährleistet.

Auf dem Antriebselement 22 kann eine koaxiale Sammelkappe, deren von der konisch gewölbten Außenseite gebildete Sammelfläche der Atmosphäre, deren Verseuchung man messen will, ausgesetzt wird.

Weiterhin weist diese Sammelkappe 24 entlang einem der Generatoren eine Kehle 25 auf, deren Rolle nachstehend beschrieben wird.

Auf der zylinderförmigen Seitenfläche 9 des Gehäuses ist ein Befestigungselement 26 verschraubt, welches nach Assemblieren der Probenahmevorrichtung 7 auf dem Analysengerät 1 eine parallel zur Achse XX' des Gehäuses orientierte und in einer geradlinig zum Saugkopf 3 liegenden Zone mündende Durchbohrung 27 aufweist.

In diese Bohrung 27 wird ein röhrenförmiger Abschnitt 28 eines Kollektors/Evaporators 29 vom in der Abb. 3 dargestellten Typ eingeführt.

Der Kollektor/Evaporator 29 enthält eine Probenahme- und Heizrampe 30, welche am oberen Ende des Abschnitts 28 montiert ist und im Inneren eines rinnenförmigen Trägers 31 mit einer Bürste 32 ausgestattet ist, welche sich annähernd über die gesamte Länge des Generators auf die Sammelfläche der Kappe 24 stützt.

Zu diesem Zweck sind der Träger 31 und die Bürste 32 so ausgerichtet, daß, wenn der Abschnitt 28 komplett in die Bohrung 27 eingeführt ist, der Träger 31 mit der Sammelfläche einen Verbindungskanal mit dem inneren Volumen des Abschnitts 28 abgrenzt und die Bürste 32 sich auf die besagte Fläche stützt, um die verschmutzten Elemente, welche sich eventuell darauf angesammelt haben, zurückzuhalten.

In diesem Beispiel hat die Bürste 32 die Form einer elastischen, eventuell mit einer absorbierenden Schicht versehenen Zunge, welche einen elektrischen Heizwiderstand trägt. Die Versorgung dieses elektrischen Widerstands wird von der elektrischen Energiequelle des Analysegerätes 1 gewährleistet und über einen Schalter gesteuert, wenn sich die Bürste 32 geradlinig zur Kehle 25 befindet.

Weiterhin wird der untere Teil der Muffe 28 anhand eines Anschlußelementes in T- Form 33 dicht mit dem Saugkopf 5 des Gerätes 1 verbunden.

Dementsprechend saugt das Gerät 1 während einer Analysenphase einen Luftstrom an, welche nacheinander in der Rampe 30, im Abschnitt 28 und im Anschlußelement 33 fließt.

Die vorstehend beschriebende Probenahmevorrichtung arbeitet jetzt wie folgt:

Zuerst wird das aus der auf dem tragbaren Analysegerät 1 montierten Probenahmevorrichtung 6 bestehende System vor Ort aufgestellt, wobei die Achse des Antriebs 15 und der Sammelkappe 24 senkrecht orientiert ist. Die Wölbung der Kappe wird nach oben orientiert, so daß sie der Verseuchung durch die gesuchten Elemente ausgesetzt ist. Diese Verseuchung kann beispielsweise aus einem Nebel von feinen, in der Luft hängenden Tröpfchen bestehen.

Die Inbetriebsetzung des Gerätes 1 steuert das Ausführen einer Folge von Funktionszyklen, welche folgende Phasen umfassen:

- die Rotation der Sammelkappe 24 um eine komplette Umdrehung, so daß die Kehle 25, die sich ursprünglich rechtwinklig zur Probenahmerampe 30 befand, nach einer Drehung um 360º in diese ursprüngliche Stellung zurückkehrt,

- eine Heizphase der Bürste 32, um die verschmutzenden oder toxischen Materien, die sich eventuell auf der Sammelfläche abgesetzt haben und während der Drehung der Kappe 24 von der Bürste aufgefangen wurden, zu vaporisieren,

- eine simultan zur Heizphase erfolgende Analysensequenz, während welcher das Analysegerät 1 die in der Probenahmerampe 30 enthaltene gasförmige Atmosphäre über die Muffe 28 und das Verbindungselement 33 ansaugt und die spektralphotometrische Analyse dieser gasförmigen (eventuell mit Dämpfen der angesammelten verschmutzenden oder toxischen Materien geladenen) Atmosphäre durchführt.

Wenn diese Analyse die Anwesenheit eines gesuchten Elementes ergibt, löst das Gerät 1 ein Alarmsignal, beispielsweise ein Leucht- und/oder akustisches Signal, sowie eventuell die Übertragung einer Alarmmeldung, zum Beispiel über einen Richtfunkkanal, aus.

Selbstverständlich können die Funktionszyklen ununterbrochen oder mit vorher festgelegten, eventuell in einer verstellbaren Periodizität erfolgenden Unterbrechungen aufeinanderfolgen.

Es hat sich erwiesen, daß die Verwendung einer konischen Kappe 24 den Vorteil aufweist, im Fall von Regen das Ablaufen des Wassers sowie das Beseitigen der vom Wind herangetragenen festen Partikel, welche den Betrieb des Gerätes 1 beeinträchtigen könnten, zu ermöglichen.

Die in der Kappe 24 vorgesehene Kehle 25 bietet folgende Vorteile und ermöglicht es insbesondere:

- eine durch die Erhitzung im Bereich der Bürste 32 verursachte Beschädigung der Kappe 24 zu vermeiden,

- den vom Analysegerät 1 angesaugten Luftstrom besser zum röhrenförmigen Abschnitt 28 zu kanalisieren, die während der Drehung der Kappe 24 von der Bürste 32 zurückgehaltenen Partikel zu entfernen,

- die Bürste 32 aufgrund der Aktion ihrer Kante (welche in der einer Verschmutzung ausgesetzten Zone der Bürste 32 einen Schabeffekt ausübt) zu reinigen.

Vorzugsweise können die röhrenförmige Muffe 28 und/oder das Verbindungselement 33 mit einem Schieber ausgestattet werden, um den direkten Kontakt des Saugkopfes 3 mit der Atmosphäre zu ermöglichen, ohne über die Rampe 30 zu gehen, so daß die Phasen der Analyse, der gasförmigen Zusammensetzung der Umgebungsluft und die Phasen der Ermittlung der Anwesenheit von verseuchenden Substanzen in flüssiger oder in der Luft hängenden festen Form abzuwechseln.

Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsart.

Dementsprechend könnte die Sammelfläche eine andere Form als die einer konischen Kappe aufweisen: sie könnte beispielsweise flach sein und eine ununterbrochene (Abrollen eines Films) oder wechselnde Translationsbewegung ausüben. Sie könnte gegebenenfalls zylinderförmig und koaxial zum Saugkopf angeordnet sein.

Ebenso kann die Bürste 32 so gestaltet sein, daß die Absorption selektiv erfolgt und die hervorzuhebenden Produkte konzentriert werden können. Er kann beispielsweise mit einem an der Oberfläche aufgetragenen und durch Silikon gefestigtem Siliziumdioxid-Gel versehen werden und durch das Nebeneinanderreihen von mehreren Zungenelementen gebildet werden.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zur Probenahme in situ von gasförmigen Substanzen, Flüssigkeiten, Aerosolprodukten und sogar pulverförmigen Materien, wobei diese Vorrichtung so gestaltet ist, daß sie an ein Gerät zur Analyse von gasförmigen Zusammensetzungen (1) angeschlossen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Kollektor (7), dessen Sammelfläche (24) der Atmosphäre, deren eventuelle Verseuchung ermittelt werden soll, ausgesetzt wird, ein mit der besagten Sammelfläche (24) in einer Zone mit reduzierten Abmessungen in Kontakt tretendes Probenahmeorgan (30, 32, 32), Hilfsmittel (15) zum Ausüben einer relativen Verschiebung zwischen dem besagten Probenahmeorgan (30, 31, 32) und der besagten Fläche, so daß diese von dem besagten Probenahmeorgan während mindestens einer Abtastsequenz abgetastet wird, Heizhilfsmittel in Verbindung mit den besagten Probenahmehilfsmitteln (30, 32, 32) zum Durchführen einer Vaporisation der eventuell während der Abtastsequenz angesammelten verseuchenden Materien, sowie eine Ansaugdüse (28), welche an die Einlaßöffnung (5) des Analysegerätes (1) angeschlossen wird, wobei diese Düse (28) so ausgelegt ist, daß sie die Dämpfe der von den Heizhilfsmitteln erzeugten verseuchenden Materien ansaugen kann, umfaßt.

2. Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelfläche (24) in Drehung beweglich ist.

3. Vorrichtung gemäß Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorstehend genannte Kollektor aus einer in Drehung beweglichen Sammelkappe (24) besteht, deren kegelförmige, gewölbte Seite die vorstehend genannte Sammelfläche bildet.

4. Vorrichtung gemäß Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelfläche (24) eine Kehle (25) aufweist, welche sich entlang eines ihrer Generatoren erstreckt.

5. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorstehend genannte Ansaugdüse (25) mit einer rinnenförmigen Probenahmerampe (31) in Verbindung steht, welche mit einer sich entlang ihres Generators auf die Sammelfläche (24) stützenden Bürste (32) ausgestattet ist, wobei diese Bürste (32) das vorstehend genannte Probenahmeorgan bildet.

6. Vorrichtung gemäß Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorstehend genannte Bürste (32) die Form einer flexiblen Zunge aufweist, welche einen elektrischen Heizwiderstand trägt.

7. Vorrichtung gemäß Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorstehend genannte Zunge durch das Nebeneinanderreihen von mehreren Zungenelementen gebildet wird.

8. Vorrichtung gemäß einem der Patentansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorstehend genannte Zunge mit einer absorbierenden Schicht versehen ist.

9. Vorrichtung gemäß Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürste (32) so gestaltet ist, daß sie ein selektives Absorbieren der zu ermittelnden Produkte ermöglicht.

10. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Schieber ausgestattet ist, der es ermöglicht, die Einlaßöffnung (5) entweder mit der Atmosphäre oder mit der vorstehend genannten Ansaugdüse zu verbinden.







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