DE19849900C2

DE19849900C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Anzeige einer Filtererschöpfung

Info

Publication number: DE19849900C2
Application number: DE19849900A
Authority: DE
Inventors: Klaus Ammann; Wolfgang Baether
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2018-10-30
Also published as: US6040777A; CA2279671A1; CA2279671C; DE19849900A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Erschöpfung eines Adsorptionsfilters für Schadgase in Umgebungsluft nach Anspruch 1 oder Anspruch 3 und ein Verfahren zur Bestimmung der Erschöpfung eines Adsorptionsfilters mit den Merkmalen von Anspruch 5.

Aus der DE 195 43 056 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Standzeit von Gasfiltern für Atemschutzgeräte bekannt geworden, bei dem das Gasfilter mit einem dem arbeitstypischen Atemverhalten eines Benutzers entsprechenden simulierten Atemluftstrom aus dem spezifischen gefahrstoffbelasteten Bereich beaufschlagt wird und in dem Schadstoffgebiet Filterstandzeitprüfungen entsprechend der jeweiligen Arbeitsschwere durchgeführt werden.

Die DE 40 02 843 C1 beschreibt eine Atemschutzmaske mit Gasfilter und mit einer Meßanordnung mit zwei Gassensoren vor und hinter dem Gasfilter, mit der der Schadstoffgehalt der Umgebungsluft in Bezug gesetzt wird zum Schadstoffgehalt hinter dem Gasfilter, um aus der Differenz ein Signal für den Filterwechsel zu bekommen.

Aus der DE 44 19 734 C2 geht ein Verfahren hervor, bei dem mittels eines Rechners aus der Verknüpfung von charakteristischen Zeit- und Druckwerten die Resteinsatzzeit von Atemschutzgeräten ermittelt wird.

Gasfiltergeräte schützen ihren Träger vor dem Einatmen von gesundheits schädlichen Gasen und Dämpfen. Dieser Schutz währt so lange, bis die Aufnahmekapazität des Adsorptionsfilters erschöpft ist. Die Zeitspanne vom Start des Filtereinsatzes bis zum Zeitpunkt, bei dem auf der Einatemseite relevante Konzentrationen der vom Filter abzuscheidenden Komponenten auftreten, wird als Durchbruchszeit oder Haltezeit des Adsorptionsfilters bezeichnet. Die Filterhaltezeit ist abhängig von einer Reihe von Parametern, dazu zählen beispielsweise die Art und Menge des im Filter enthaltenen Ad sorbens, die Filterkonstruktion, die Art des Schadstoffes, die Konzentration des Schadstoffes, Umgebungsbedingungen wie Temperatur und relative Luft feuchte und das Atemminutenvolumen des Geräteträgers. Um den Geräte träger wirksam zu schützen, muß er zeitlich vor einem Filterdurchbruch durch eine geeignete Meß- und Warneinrichtung gewarnt werden. Ist dieses nicht möglich, so ist es unumgänglich, eine Vorstellung von der Haltezeit des verwendeten Adsorptionsfilters unter den Einsatzbedingungen zu haben. Dazu müssen die Umgebungsparameter und Filterparameter entweder bekannt sein, oder, wo dies nicht der Fall ist, für den ungünstigsten Fall abgeschätzt werden.

Zur Indikation eines erforderlichen Filterwechsels sind verschiedene Ver fahrensweisen bekannt. Stoffe, die frühzeitig durch ihren Geruch wahrzu nehmen sind, können vom Träger beim Durchbruch erkannt werden. Diese Geruchswahrnehmung läßt sich also zur Indikation eines erforderlichen Filterwechsels ausnutzen. Nachteilig beim Ausnutzen solcher Geruchswahr nehmungen ist, daß die Wahrnehmungsfähigkeit sowohl individuell als auch in Abhängigkeit von der persönlichen Befindlichkeit stark schwanken kann. Aus diesem Grund ist in einigen Ländern eine Filterdurchbruchserkennung, die allein auf der Geruchswahrnehmung beruht, nicht mehr zulässig. Außerdem sollte dem Geräteträger nach der Indikation eine gewisse Zeit verbleiben, um den gefährdeten Bereich zu verlassen und den Filterwechsel durchführen zu können. Dies ist in den Fällen, in denen erst nach dem Filterdurchbruch gewarnt wird, nicht gegeben.

Ersetzt man die subjektive Geruchswahrnehmung durch eine im Atemanschluß lokalisierte Sensorik, die den Durchbruch erkennt und eine Warnung aktiviert, so hat man zwar den Nachteil der individuellen und der auf der persönlichen Befindlichkeit basierenden Schwankungsbreite ausgeräumt, nicht aber den Nachteil des fehlenden zeitlichen Sicherheitsabstandes zum Durchbruchs beginn. Dieser Nachteil läßt sich dadurch ausräumen, daß man die das Filterbett durchströmende Luft an einer Stelle innerhalb des Filterbettes, zum Beispiel bei 80% bis 90% der Filterbetthöhe, analysiert. Eine derartige Vor richtung ist aus der WO 96/12524 bekannt. Nachteilig hierbei ist, daß Eingriffe in die Filterkonstruktion erforderlich sind und daß die Filter durch die anzu bringende Sensorik und Elektronik größer und schwerer werden.

Wenn keine der oben genannten Möglichkeiten zur Erkennung eines Filterdurchbruches verwendet wird, muß der Schutz des Trägers dadurch gewährleistet werden, daß für den jeweiligen Arbeitsplatz spezielle Anwendungsrichtlinien für Filtereinsätze erarbeitet werden, in denen die Einsatzzeiten reglementiert sind.

Die von den Anwendungsrichtlinien vorgeschriebenen Filtereinsatzzeiten basieren zum einen auf der Ermittlung der Einsatz- und Umgebungsbedin gungen und zum anderen entweder auf Meßwerten, die mit den Filtern unter den ermittelten Einsatzbedingungen gewonnen wurden oder auf für die ermittelten Umgebungsbedingungen theoretisch abgeleiteten Filterhalte zeiten. Nachteilig beim Einsatz solcher Anwendungsrichtlinien ist, daß die Indikation des erforderlichen Filterwechsels nicht auf den aktuell tatsächlich herrschenden Bedingungen beruht, sondern daß der ungünstigste Fall für die Bemessung der Einsatzzeit herangezogen wurde. Dadurch werden die Filter in den meisten Fällen nur sehr ungenügend ausgenutzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Indikation eines erforderlichen Filteraustausches anzugeben.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 oder 3.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich aus den Merkmalen des Patentan spruchs 5.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2, 4, 6, 7 und 8 angegeben.

Der Vorteil der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß durch Einbeziehung der gemessenen Schadstoffkonzentration und der aktuell vorliegenden Umgebungstemperatur in die Berechnung der Aufnahmekapazität des Adsorptionsfilters, die verbleibende Einsatzzeit wesentlich genauer ermittelt werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird hierbei separat vom Adsorptionsfilter angeordnet, so daß keine Eingriffe in die Filterkonstruktion notwendig sind. Somit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einer Vielzahl von Adsorptionsfiltern einsetzbar. Bevorzugt wird die Vorrichtung in der Nähe des Adsorptionsfilters, zum Beispiel an der Brusttasche eines Geräteträgers, befestigt. Auf diese Weise werden Schadstoffkonzentrationen und Umgebungstemperaturen hinreichend genau erfaßt. Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit bei der Ermittlung der verbleibenden Einsatzzeit und somit eine nochmals verbesserte Filterausnutzung kann dadurch erreicht werden, daß zusätzlich zur Schadstoffkonzentration und Umgebungstemperatur auch noch die relative Feuchte der Umgebungsluft und das vom Maskenträger veratmete Atemminutenvolumen gemessen und in die Berechnung der Aufnahmekapazität des Adsorptionsfilters mit einbezogen werden.

Das erfindungsgemäß angegebene Verfahren zur Bestimmung der Er schöpfung eines Adsorptionsfilters besteht darin, mit einer Eingabeeinheit Vorgabewerte für den Typ des verwendeten Adsorptionsfilters, den zu adsorbierenden Schadstoff, die Umgebungsluftfeuchte und das Atem minutenvolumen aus einzelnen Speichern einer Speichereinheit in eine Auswerteschaltung zu übertragen, den Schadstoffgehalt und die Temperatur der Umgebungsluft zu messen und aus den Vorgabewerten und den Meßwerten eine unter den Einsatzbedingungen gegebene Gesamtkapazität des Filters und daraus eine maximale Einsatzzeit t_max des Adsorptionsfilters nach bekannten Berechnungsformeln in der Auswerteschaltung zu ermitteln. Durch Betätigen einer Starttaste an der Überwachungsvorrichtung bei Inbetriebnahme des Adsorptionsfilters wird ein Zeitgeber aktiviert, der die Einsatzzeit t des Adsorptionsfilters liefert. Durch Vergleich von t_max mit t ergibt sich die Restnutzungszeit oder Restkapazität des Adsorptionsfilters, welche dem Benutzer angezeigt wird. Eine erhöhte Genauigkeit der Berechnung wird erreicht, wenn die maximale Einsatzzeit t_max auch nach dem Betätigen der Starttaste auf der Basis aktuell gemessener Werte ständig neu berechnet und mit der Einsatzzeit t verglichen wird. Besonders vorteilhaft ist es, zusätzlich noch die relative Feuchte der Umgebungsluft und das veratmete Atemminuten volumen zu messen, wodurch die Genauigkeit der Berechnung weiter erhöht und somit die Filterausnutzung weiter optimiert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine erste Überwachungsvorrichtung,

Fig. 2 schematisch eine zweite Überwachungsvorrichtung.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Überwachungsvorrichtung 1 für ein in der Fig. 1 nicht dargestelltes Adsorptionsfilter. Die erste Überwachungsvor richtung 1 besteht aus einer Auswerteschaltung 2, einer Speichereinheit 3 mit einem ersten Speicherfeld 4, einem zweiten Speicherfeld 5 und einem dritten Speicherfeld 6, einer Eingabeinheit 7, einem Gas-Konzentrationsmeßgerät 8, einem Temperaturmeßgerät 9, einem Zeitgeber 10, einem Alarmgeber 11 und einer Anzeigeeinheit 12. In der Speichereinheit 3 sind verschiedene Vorgabewerte für das Adsorptionsfilter, den nachzuweisenden Schadstoff und Umgebungsbedingungen abgelegt, die zur Berechnung der Filtererschöpfung herangezogen werden. So enthält das erste Speicherfeld 4 individuelle, speziellen Adsorptionsfiltern zugeordnete Filterdatensätze, wie zum Beispiel Filtertyp sowie Art und Menge des Adsorbens. Das zweite Speicherfeld 5 enthält Schadstoffdatensätze, das heißt schadstoffspezifische Konstanten für die zu adsorbierenden Schadstoffe, und im dritten Speicherfeld 6 sind Vorgabewerte für Umgebungsluftfeuchte, Atemminutenvolumen und den Grenzwert der Restkapazität, z. B. in % von Gesamtkapazität oder in Minuten Resteinsatzzeit, bei dem der Filtererschöpfungsalarm gegeben wird, enthalten. Alle für die Ermittlung der Aufnahmekapazität des Adsorptionsfilters notwendigen Rechenoperationen werden in der Auswerteschaltung 2 ausgeführt, welche hierzu mit einem in der Figur nicht dargestellten Mikroprozessrechner versehen ist. Durch Betätigen einer Starttaste 13 wird der Zeitgeber 10 aktiviert, der die Einsatzzeit t des Adsorptionsfilters liefert.

Die erfindungsgemäße erste Überwachungsvorrichtung 1 arbeitet folgendermaßen.

Zuerst werden mit der Eingabeeinheit 7 Filter- und Schadstoffdaten, der Grenzwert der Restkapazität sowie jeweils ein Vorgabewert für die Umgebungsluftfeuchte, das Atemminutenvolumen aus den Speicherfeldern 4, 5, 6 ausgewählt und in die Auswerteschaltung 2 eingelesen. Der aus dem ersten Speicherfeld 4 auszuwählende Filterdatensatz ergibt sich aus der Typbezeichnung des verwendeten Adsorptionsfilters, das dem Gehäuseaufkleber des Adsorptionsfilters zu entnehmen ist.

Anschließend wird mit der Eingabeinheit 7 aus dem zweiten Speicherfeld 5 der zu adsorbierende Schadstoff, zum Beispiel Hexan, mit den dazugehörigen schadstoffspezifischen Konstanten selektiert, und in die Auswerteschaltung 2 übernommen. Nach dem Umschalten auf das dritte Speicherfeld 6 werden Vor gabewerte für Umgebungsluftfeuchte, das Atemminutenvolumen und den Grenzwert angeboten, die nach entsprechender Auswahl in die Auswerteschaltung 2 übertragen werden.

Das zu selektierende Atemminutenvolumen ist von den Einsatzbedingungen des Adsorptionsfilters abhängig. Wird das Adsorptionsfilter beispielsweise im Ansaugstrom eines Gebläsefiltergerätes verwendet, dann ergibt sich das Atem minutenvolumen aus der Förderleistung des Gebläses. Demgegenüber ist das auszuwählende Atemminutenvolumen bei einem an einer Atemschutz maske angeordneten Adsorptionsfilter von der Tätigkeit, die der Maskenträger verrichtet, abhängig. Übliche Werte liegen etwa zwischen 12 und 18 Liter pro Minute. Bei besonderen körperlichen Anstrengungen können sie auch deut lich höher liegen. Mit den selektierten Vorgabewerten und den Meßwerten wird dann zunächst in der Auswerteschaltung 2 die sogenannte Filterhaltezeit, das heißt die maximale Einsatzzeit t_max, mittels Algorithmen berechnet, wie sie exemplarisch in der Druckschrift: G. O. Wood, Estimating Service Lives of Organic Vapor Cartridges, American Industrial Hygiene Association, (55) Januar 1994, S. 11-14, für organische Lösungsmitteldämpfe angegeben sind. Danach ist die Überwachungsvorrichtung 1 für den Einsatzfall vorbereitet. Sie wird üblicherweise in unmittelbarer Nähe des Adsorptionsfilters getragen, zum Beispiel an der Brusttasche eines Maskenträgers. Nach der Inbetriebnahme des Adsorptionsfilters wird zunächst der Zeitgeber 10 durch Drücken der Starttaste 13 eingeschaltet. In der Auswerteschaltung 2 werden ständig Mittelwerte der mit dem Gaskonzentrationsmeßgerät 8 ermittelten Gaskonzentrationsmeßwerte und der mit dem Temperaturmeßgerät 9 gemessenen Umgebungstemperaturen gebildet. Aus diesen Mittelwerten und den aus den Datenfeldern 4, 5, 6 selektierten Vorgabewerten wird ständig eine neue, aktualisierte maximale Einsatzzeit t_max berechnet und mit der vom Zeitgeber 10 gelieferten, bereits abgelaufenen Zeit t verglichen. Die Differenz t_max minus t ergibt die Restnutzungszeit oder Restkapazität des Adsorptionsfilters, welche dem Benutzer über eine Anzeigeeinheit 12 mitgeteilt wird.

Sobald die Restnutzungszeit den eingestellten Grenzwert unterschritten hat, wird über den Alarmgeber, 11 ein Warnsignal erzeugt, das den Benutzer zum Verlassen des gefährdeten Bereiches auffordert.

Die Auswahl der Filter- und Schadstoffdaten aus den Speicherfeldern 4, 5, 6 kann vereinfacht werden, indem gerätebezogene Daten, wie zum Beispiel die Filterdaten, mittels einer in der Fig. 1 nicht dargestellten Code-Karte in die Überwachungsvorrichtung 1 eingelesen werden. Hierzu ist ein mit der Auswerteschaltung 2 verbundener Code-Kartenleser 14 vorgesehen. Alter nativ können diese Daten auch über eine in der Fig. 1 nicht dargestellte Digital-Schnittstelle eingelesen werden.

Fig. 2 zeigt schematisch eine zweite Überwachungsvorrichtung 20, bei der gegenüber der ersten Überwachungsvorrichtung 1 nach der Fig. 1 zusätzlich zum Schadstoffgehalt und der Temperatur der Umgebungsluft noch die relative Feuchte und das Atemminutenvolumen gemessen werden. Hierzu werden von einem Feuchtemeßgerät 15 und einem Atemminutenvolumen-Meßgerät 16 Meßwerte an die Auswerteschaltung 2 übermittelt. Die Speichereinheit 3 enthält nur das erste Speicherfeld 4 mit den Filterdatensätzen und das zweite Speicherfeld 5 mit den schadstoffspezifischen Datensätzen. Gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugsziffern der Fig. 1 versehen. Durch die zusätzliche Messung der relativen Feuchte der Umgebungsluft sowie des Atemminutenvolumens, ergibt sich gegenüber der ersten Überwachungsvorrichtung 1, Fig. 1, eine noch weiter verbesserte Filterausnutzung.

Claims

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Erschöpfung eines Adsorptionsfilters für Schadgase in Umgebungsluft, gekennzeichnet durch
ein Gas-Konzentrationsmeßgerät (8) zur Bestimmung des Schadstoff gehaltes der Umgebungsluft,
ein Temperaturmeßgerät (9) zur Bestimmung der Temperatur der Umgebungsluft,
eine Speichereinheit (3) mit einem ersten Speicherfeld (4), in welchem Adsorptionsfiltern zugeordnete Filterdatensätze abgelegt sind, mit
einem zweiten Speicherfeld (5), in welchem sich Datensätze für den zu adsor bierenden Schadstoff befinden und mit
einem dritten Speicherfeld (6), welches Vorgabewerte für Umgebungsluft feuchte und Atemminutenvolumen enthält,
eine Eingabeeinheit (7) zur Selektion der Vorgabewerte aus zumindestens dem ersten Speicherfeld (4), dem zweiten Speicherfeld (5) und dem dritten Speicherfeld (6),
einen Zeitgeber (10) mit einer Starttaste (13), welcher eine Einsatz zeit t des Adsorptionsfilters liefert,
eine Auswerteschaltung (2), welche aus den mit der Eingabeeinheit (7) selektierten Vorgabewerten, dem Schadstoffgehalt der Umgebungsluft und der Temperatur der Umgebungsluft eine maximale Einsatzzeit t_max ermittelt und aus der Differenz t_max minus t eine Restkapazität des Adsorptionsfilters bildet und
eine Einrichtung (11) zur Erzeugung einer Filtererschöpfungsanzeige, wenn die Restkapazität kleiner gleich einem vorgegebenen Grenzwert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Code-Karten- Leser (14) und/oder eine PC-Schnittstelle zur Eingabe von zumindestens Filterdatensätzen.

3. Vorrichtung zur Bestimmung der Erschöpfung eines Adsorptionsfilters für Schadgase in Umgebungsluft, gekennzeichnet durch
ein Gas-Konzentrationsmeßgerät (8) zur Bestimmung des Schadstoff gehaltes der Umgebungsluft,
ein Temperaturmeßgerät (9) zur Bestimmung der Temperatur der Umgebungsluft,
ein Feuchtemeßgerät (15) zur Bestimmung der relativen Feuchte der Umgebungsluft,
ein Atemminutenvolumen-Meßgerät (16) zur Ermittlung des durch das Adsorptionsfilter strömenden Umgebungsluftvolumens pro Zeiteinheit,
eine Speichereinheit (3) mit einem ersten Speicherfeld (4), in welchem Adsorptionsfilter zugeordnete Filterdatensätze abgelegt sind und mit einem zweiten Speicherfeld (5), in welchem sich Datensätze für den zu adsorbierenden Schadstoff befinden und
eine Eingabeeinheit (7) zur Selektion der Vorgabewerte aus zumindestens dem ersten Speicherfeld (4) und dem zweiten Speicherfeld (5),
einen Zeitgeber (10) mit einer Starttaste (13), welcher eine Einsatzzeit t des Adsorptionsfilters liefert,
eine Auswerteschaltung (2), welche aus den mit der Eingabeeinheit (7) selektierten Vorgabewerten und den gemessenen Werten für Schadstoff gehalt der Umgebungsluft, Temperatur und relative Feuchte der Umgebungsluft und Atemminutenvolumen eine maximale Einsatzzeit t_max ermittelt und aus der Differenz t_max minus t eine Restkapazität des Adsorptionsfilters bildet und
eine Einrichtung (11) zur Erzeugung einer Filtererschöpfungs anzeige, wenn der Restkapazitätswert kleiner gleich einem vorgegebenen Grenzwert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Code-Karten- Leser (14) und/oder eine PC-Schnittstelle zur Eingabe von zumindestens Filterdatensätzen.

5. Verfahren zur Bestimmung der Erschöpfung eines Adsorptionsfilters mit einer Vorrichtung, enthaltend ein Gas-Konzentrationsmeßgerät (8), ein Temperaturmeßgerät (9), eine Speichereinheit (3) mit einem ersten Speicherfeld (4), in welchem Adsorptionsfiltern zugeordnete Filterdaten sätze abgelegt sind, einem zweiten Speicherfeld (5), in welchem Daten sätze für den zu adsorbierenden Schadstoff abgelegt sind und mit einem dritten Speicherfeld (6), welches Vorgabewerte für Umgebungsluftfeuchte und Atemminutenvolumen enthält, weiter enthaltend eine Eingabe einheit (7), einen Zeitgeber (10) mit einer Starttaste (13) und eine Aus werteschaltung (2), gekennzeichnet durch die Schritte

a) mit der Eingabeeinheit (7) Filterdaten-Vorgabewerte aus dem ersten Speicherfeld (4), Schadstoffdaten-Vorgabewerte aus dem zweiten Speicherfeld (5), einen Umgebungsluftfeuchte-Vorgabewert und einen Atemminuten-Vorgabewert aus dem dritten Speicherfeld (6) zu selektieren,
b) mit dem Gas-Konzentrationsmeßgerät (8) den Schadstoffgehalt der Umgebungsluft zu bestimmen und mit dem Temperaturmeßgerät (9) die Temperatur der Umgebungsluft zu messen,
c) aus den selektierten Vorgabewerten nach a. und den Meßwerten nach b. in der Auswerteschaltung (2) eine maximale Einsatzzeit t_max zu ermitteln,
d) den Zeitgeber (10), welcher eine Einsatzzeit t des Adsorptions filters liefert, mit der Starttaste (13) zu starten,
e) aus einem Vergleich von t_max mit t die Restkapazität des Adsorptions filters zu bilden,
f) eine Filtererschöpfungsanzeige zu erzeugen, wenn die Restkapazität kleiner gleich einem vorgegebenen Grenzwert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, die Schritte b. und c. auch nach Betätigung der Starttaste (13) ständig weiter auszuführen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet dadurch, den Vorgabewert für die Umgebungsluftfeuchte mit einem Feuchtemeßgerät (15) zu bestimmen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet dadurch, das pro Zeiteinheit durch das Adsorptionsfilter strömende Umgebungsluftvolumen mit einem Atemminutenvolumen-Meßgerät (16) zu bestimmen.