DE3515432A1

DE3515432A1 - Staub-probennehmer

Info

Publication number: DE3515432A1
Application number: DE19853515432
Authority: DE
Inventors: Harold Gibson; Gordon Edinburgh Schottland/Scotland Lynch; David Stow Selkirkshire Schottland/Scotland Mark; James Henry Haddington East Lothian Schottland/Scotland Vincent
Original assignee: Coal Industry Patents Ltd
Current assignee: Institute Of Occupational Medicine Ltd Edinburgh
Priority date: 1984-05-03
Filing date: 1985-04-29
Publication date: 1985-11-07
Also published as: FR2588662B1; GB2158234A; US4616513A; DE3515432C2; GB2158233B; FR2588662A1; DE3535538C2; FR2563914A1; GB8506819D0; GB2158234B; GB2158233A; GB8411325D0; FR2563914B1; DE3535538A1; US4675034A

Description

Case 4679

Coal Industry (Patents) Limited,

Hobart House, Grosvenor Place, London SW1X 7AE, Großbritannien

Staub-Probennehmer.

Die Erfindung betrifft Verbesserungen bei der Staubaufnahme, insbesondere betrifft die Erfindung einen Probennehmer, welcher besonders geeignet ist für in der Luft vorhandenen Staub an Arbeitsplätzen.

Die Probennahme von luftgetragenem Staub zum Zwecke des Umweltschutzes geschieht auf unterschiedlichste Art. Ein Verfahren besteht darin, zu versuchen, einen Probeaufnehmer zu konstruieren, der in ruhiger oder bewegter Luft einen Ansaugwirkungsgrad von Eins über alle vorgefundenen aerodynamischen Teilchendurchmesser hat;dies kann als "wahrer gesamter Staub" betrachtet werden. Es existieren bereits Einrichtungen, um dies in ruhiger Luft zu erreichen (für Teilchen mit aerodynamischen Durchmessern bis hinauf zu 30 pm) und in bewegter Luft von wohldefinierter Geschwindigkeit und Richtung. Ein anderer Versuch, das Problem zu lösen, basiert auf dem Argument, daß solchai Bedingungen in der Praxis selten begegnet wird, und daher wurde einige Forschungstätigkeit darauf gerichtet, einen Probennehmer zu finden, welcher den wahren gesamten Staub über einen ausreichend weiten Bereich von Teilchengrößen, Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen aufnimmt. Bislang wurde jedoch kein zufriedenstellender Probennehmer konstruiert. Eine weitere Richtung, das Problem zu lösen, geht dahin, die Aufnahmecharakteristiken der menschlichen Nase und des menschlichen Mundes während des Atmens in Betracht zu ziehen. Da der menschliche Körper nicht als perfekter Probennehmer wirkt, da vielmehr der Einatmungs- bzw. Ansaugwirkungsgrad mit der aerodynamischen Partikel größe variiert (obwohl er von der Windgeschwindigkeit relativ unabhängig ist), scheint ein Gesamtstaubprobennehmer, welcher mit der Einatmungsfähigkeitskurve, die von Vincent und Armbruster, Ann. occup. Hyg.24:245-248 (1981) veröffentlicht ist, über einen Bereich von Windgeschwindigkeiten und Richtungen im we-

sentlichen identisch ist, ein besonders zweckmäßiges Gerät zu sein, um Staubschäden an Menschen zu beurteilen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Gesamtstaubprobennehmer vorgesehen, dessen Aufnahmecharakteristik sich stark an die Vincent und Armbruster-Kurve nähern, und der einen Probenaufnahmekopf mit einem Körper mit einer Öffnung umfaßt, eine entfernbare Filtereinheit mit einem gelippten Eingang, welcher durch diese Öffnung vorsteht, wobei diese Einheit einen Filter aufweist, der in der Lage ist, alle in einem hier durchgeleiteten Gas befindlichen Teilchen zu sammeln .und einen Ausgang aufweist, der dichtend mit einer Gasansaugeinrichtung in Eingriff steht, wobei der Probenaufnahmekopf mit einer Antriebseinrichtung antreibbar in Eingriff steht, um eine kontinuierliche Drehbewegung des Probenaufnahmekopfes zu erzeugen. Die Geschwind!g keit der Drehbewegung ist nicht kritisch, vorausgesetzt, daß eine relativ große Anzahl von Umdrehungen während der gesamten Probenaufnahmezeit durchgeführt werden, und sie kann zweckmäßigerweise zwischen 1 bis 60 lipm liegen.

Der erfindungsgemäße Probennehmer kann an einem bestimmten Ort, wie beispielsweise einem Arbeitsplatz, fest installiert werden, und obwohl er zum Gebrauch in Untergrund-Kohlenminen besonders geeignet ist, existieren sehr viele mögliche Anwendungen zur Stabuprobenaufnahme in einer Arbeitsumgebung wie beispielsweise bei der Nuklearindustrie oder Bleiindustrie, und zwar als einziges Probenaufnahmesystem oder zusätzlich zu persönlichen Probennehmer^ Obwohl das weiter unten beschriebene spezielle Ausführungsbeispiel nicht dazu gedacht ist, im Freien verwendet zu werden, könnten selbstverständlich andere Ausführungsbeispiele konstruiert werden, um eine höhere Durchströmungsge- schwindigkeit durch den Probennehmer zu erreichen, und um den Proöemen des Niederschlags, der Insekten usw. zu begegnen.

Vorzugsweise umfaßt der Probennehmer einen Körper, der die Gasansaug-

eio einrichtung und die Antrieb%richtung umfaßt, wobei der drehbare Probenaufnahmekopf an dessen Oberseite befestigt ist. Ein bevorzugter Probenaufnahmekopf ist zylindrisch und weist eine kleine längliche Öffnung auf, welche horizontal zu der Mitte der äußeren Oberfläche des Zylinders angeordnet ist. Die entfernbare Filtereinheit ist zweck-

mäßigerweise im Kopf angeordnet und beispielsweise über eine Andrückeinrichtung mit einer Dichtung auf einem Ausgangsrohr in Eingriff gehalten, welches eine Reibungspassung auf einem Probenahmenrohr darstellt, welches mittels einer geeigneten Dichtung mit der Ansaugein- richtung verbunden ist, und welches eine umfangsmäßig angeordnete Zahnradanordnung aufweist, welche mittels eines Motors bei niedriger konstanter Geschwindigkeit angetrieben ist.

Die entfernbare Filtereinheit ist zweckmäßigerweise eine abdichtbare bzw. versiegelbare Einheit, so daß der gesamte eintretende Staub gefangen wird und schließlich gewogen wird. Wenn nur.der Filter gewogen würde, so würde der Staub, der an den inneren Wandungen der Einheit haftet, vernachlässigt werden, und es würde weiterhin das Risiko bestehen, den eingesammelten Staub zufällig zu verändern. Der Filter selbst ist nicht kritisch, vorausgesetzt, daß er in der Lage ist, in der speziellen Probennahmeanwendung alle Staubpartikel zu sammeln; geeignete Filter sind kommerziell erhältlich.

Eine geeignete Ansaugeinrichtung ist eine Membranpumpe, zweckmäßigerweise von einem Elektromotor angetrieben, der über eine Batterie versorgt wird, die auch die Antriebsenergie für die Antriebseinrichtung liefert.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Probenaufnahmekopfes einschließlich Filter einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 30

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht dieses Ausführungsbeispiels ohne den Kopf gemäß Fig. 1, und

Fig. 3 eine grafische Darstellung der in Tests mit dem Probenaufnehmer gemäß Fig. 1 und 2 erhaltenen Resultate, verglichen mit der Kurve gemäß Vincent und Armbruster.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Probenaufnahmekopf ein zweiteiliges Mantelgehäuse 1, 2 aufweist, wobei in jedem ein Teil eines Schlitzes 3 ausgebildet ist. Eine Filtereinheit 4 besteht aus einem oberen Teil 5, welcher einen gelippten, langgestreckten Eingang 6 aufweist, um einen Zugang für die Gasströmung zu ermöglichen. Der untere Teil 7 der Filtereinrichtung trägt ein Filterpapier 8, welches auf einer ringförmigen Dichtung 9 aufliegt und von einem Gitter 10 aus rostfreiem Stahl getragen wird, wobei das untere Teil eine Ausgangsöffnung 11 aufweist. Die oberen und unteren Teile der Filtereinheit sind im Reibungschluß aneinandergefügt, wobei der obere Teil mit dem Filterpapier in der unteren öffnung in Eingriff kommt. Das Mantel gehäuseteil 1 weist zwei (nicht dargestellte) Löcher für Bolzen 12 auf, welche dazu verwendet werden, den Kopf auseinanderzubauen und die Filtereinheit zu entfernen. Eine federvorgespannte

!5 Kappe 13, die im Mantel gehäuseteil 1 angeordnet ist, preßt die Unterseite der Filtereinheit auf einen O-Ring 14 aus synthetischem Gummi, so daß auf diese Weise zwischen der Innenseite der Filtereinheit und dem aus dem Kopf herausführenden Ausgangsrohr 15 eine abgedichtete Verbindung entsteht. Im zusammengebauten Zustand steht der gelippte Eingang 6 geringfügig von der äußeren Oberfläche des Kopfmantel gehäuses hervor.

Die Dimensionen des Kopfes scheinen zu seiner Wirksamkeit bezüglich der Nachahmung der Inhalationscharakteristika der menschlichen Nase und des menschlichen Mundes beizutragen und sind daher bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wie folgt gewählt: Der Kopfdurchmesser beträgt 50 mm und die Länge des zylindrischen Teils ist 52 mm. Der Eingangsschlitz ist 3 mm breit und 15 mm lang, und die Lippen des Eingangs stehen um 2 mm vom Kopfmantel gehäuse vor.

Es ist jedoch zu erwarten, daß andere Kombinationen von Dimensionen experimentell gefunden werden können, welche der Leistungsfähigkeit dieser Ausführungsform gleich sind oder diese sogar übertreffen. Nichtsdestoweniger weist dieses Ausführungsbeispiel sowohl eine zweckmäßige bzw. angenehme als auch effektive Größe auf.

Die übrigen Teile des Probennehmers sind in Fig. 2 dargestellt. Der Probennehmer weist eine Basis 16 auf, auf der eine einfach wirkende Membranpumpe 17 befestigt ist, die mittels eines elektrischen Motors

18 angetrieben ist. Die Eingangsseite der Pumpe ist mittels eines flexiblen Kunststoffrohres 19 mit einem strömungsberuhigenden Luftspeicherraum 20 verbunden. Der Luftspeicherraum ist seinerseits mit einem PTFE-Rohr 21 verbunden, welches mittel einer Feder 22 gegen das konische Ende eines drehbaren Eingangsrohres 23 vorgespannt ist. Das Eingangsrohr 23 weist ein äußeres Zahnrad 24 auf, welches mittels eines Zahnrades 25 auf der Antriebswelle eines elektrischen Motors 26 angetrieben ist. Wenn das aus dem Kopf herausführende Ausgangsrohr 15 über Reibungssitz in das Eingangsrohr 23 eingesteckt ist, so verursacht der Motor 26 eine konstante Drehung des Probenaufnahmekopfes von 1,5 lipm. Die Pumpe 17 erzeugt eine Durchflußgeschwindigkeit durch den Filter von 3 l/min, und das Arbeiten der Pumpe w.ird mittels eines Gasströmungsmessers überwacht, welcher mit der Ausgangsseite der Pumpe verbunden ist, und es wird mittels einer (nicht dargestellten) Spannungssteuerung gesteuert. Die Energie für die Pumpe und den Motor für die Drehbewegung wird von einem Batteriesatz 28 geliefert.

Die ein frisches Filterpapier aufweisende Filtereinheit wird gewogen, in den Probenaufnahmekopf eingefügt, anschließend wird der Probenaufnahmekopf in das Eingangsrohr eingesetzt und an einem geeigneten Platz positioniert. Beispielsweise kann der Probenaufnehmer ungefähr in Kopfhöhe an einem Arbeitsplatz aufgehängt werden. Die Pumpe und die Antriebsmotoren werden eingeschaltet und der Betrieb der Pumpe kann durch einfachen Blick auf den Strömungsmesser überwacht werden.

Nach der gewünschten Zeit, zweckmäßigerweise eine Arbeitsschicht, wird der Probennehmer abgeschaltet, und zu geeigneter Zeit und geeignetem Ort wird der Probenaufnahmekopf auseinandergebaut, die Filtereinheit entfernt und als ganzes wieder gewogen. Vorzugsweise läßt man den Filter sich über Nacht in einer kontrollierten Umgebung, wie beispielsweise einem Wägeraum, stabilisieren, und zwar vor dem anfänglichen Wiegen und vor dem erneuten Wiegen.

Fig. 3 zeigt den Einatmungswirkungsgrad A als Funktion des aerodynamischen Teilchendurchmessers unter Verwendung des Probennehmer bei 1 m/sec und 3 m/sec Windgeschwindigkeit, verglichen mit der Vincent- und Armbruster-Kurve, wobei die gestrichelten Linien die Streuung der von Vincent und Armbruster erhaltenen Ergenisse darstellen, die auf Änderungen der Windgeschwindigkeit berühren. Die vom Probenauf-

nehmer erhaltenen Resultate zeigen gute Wiederholbarkeit und sie sind auch sehr ähnlich denjenigen Resultaten, die unter Verwendung von Modellen des menschlichen Kopfes erzielt wurden.

Bei Verwendung in Untertagebau-Kohlenminen bestehen exponierte Teile zumindest des Probenaufnehmers aus geeignetem Metall, wie beispielsweise Stahl oder Kupfer, und es wird auf die jeweilige Sicherheit der verwendeten elektrischen Systeme geachtet.

Claims

B4TEN14NH^"LT£ BROSE + WRTNER European Patent Attorneys - Mandataires en bre«ets Eu-opeeris-- zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt D-8023 München-Pullach. WienerStraBe 2; Telefon iO 89) 7 93 30 7V Telex t> ?121^7 brös d; Cables: «Patentibus» München K/lRLABROSEtT981 Dipl.Hng. QIC4RL BROSE Dipl.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. MlOWEL RESCH Dipl.-Phys. COAL INDUSTRY (PATENTS) LIMITED, Hobart House, Grosvenor Place, London SW1X 7AE, Großbritannien Ihre Zeichen: Yourref:C Case 4679 29 April 1985 Re/pr PATENTANSPRÜCHE

1. Tragbarer Gesamtstaub-Probennehmer mit einem Filter, dadurch g e!.k ennzeichnet, daß ein Probenaufnahmekopf einen Filter enthält, welcher in der Lage ist, alle Staubpartikel in einer durch ihn hindurchgeleiteten Gasprobe zu sammeln, daß der Probenaufnahmekopf einen vorstehenden, lippenartigen bzw. mit Lippen versehenen Eingang aufweist, der mit dem Filter verbunden ist, sowie einen Gasausgang, der mit dem Filter und mit einer Gasansaugeinrichtung verbunden ist, und daß eine Antriebseinrichtung vorgesehen ist, die mit dem Probenaufnahmekopf in Eingriff steht, wobei der Probenaufnahmekopf mittels der Antriebseinrichtung kontinuierlich drehbar ist.

2. Probennehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter innerhalb einer Filtereinheit angeordnet ist, welche vom Probenaufnahmekopf entfernbar ist.

3. Probennehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinheit eine abdichtbare Einheit ist, die einen austauschbaren Filter enthält und daß der 1ippenförmige Eingang ein Teil der Filtereinheit ist.

4. Probennehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenaufnahmekopf auf dem oberen Ende eines Körpers befestigt ist, welcher die Gasansaugeinrichtung und die Antriebseinrichtung enthält.

5. Verfahren zum Ermitteln des gesamten Staubes, dadurch gekennzeichnet, daß der Probennehmer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine einen Filter beinhaltende Filtereinheit gewogen wird und in den Probenaufnahmekopf eingesetzt wird, daß mittels des Probennehmers Atmosphäre aufgenommen wird, indem die Atmosphäre durch den Filter gezogen wird, während der Probenaufnahmekopf kontinuierlich rotiert wird, und daß am Ende der Probenaufnahmezeit die Filtereinheit wiederum gewogen wird.