190926. lajstromszámú szabadalom • Eljárás robbanásveszélyes gázt tartalmazó térben, célszerűen mérések végzésére elhatárolt térrész robbanásbiztos kialakítására, valamint robbanásbiztos érzékelőfej gázkoncentráció -előnyösen bányákban a metán és/vagy szénmonoxid- mérésére
1 190.926 2 nyomásesés hatására 1 sec. alatt 1 cm3 négyzetcentiméterenként. A találmány tárgya továbbá robbanásbiztos érzékelőfej gázkoncentráció - előnyösen bányákban a metán és/vagy szénmonoxid - mérésére, amely tartalmaz vezetőképességét a környezetében lévő gázlevegő koncentrációjának a függvényében változtató félvezető elemet (8), a félvezető elem (8) tartófoglalatával (7) együtt házban (1) van elhelyezve oly módon, hogy a félvezető elem (8) a ház (1) síkjából kiemelkedően van kiképezve. Az érzékelőfej úgy van kialakítva, hogy a félvezető elem (8) kettősfalú, a házhoz (1) rögzíthető és ahhoz illeszkedő célszerűen acél védőburával van körülvéve és védőbura falain 5 (3, 4) gázáteresztő nyílások (9) vannak kiképezve. A kettősfalú védőbura két fala (3, 4) közötti tér tömörített, hőszigetelő, szálas vagy szemcsés szerkezetű-ún. mikrocellás-anyagból kialakított réteggel (5) van kitöltve. 10 (A találmány jellemző ábrája az 1. ábra.) A találmány tárgya eljárás robbanásveszélyes gázt 15 tartalmazó térben célszerűen mérések végzésére elhatárolt térrész robbanásbiztos kialakítására és robbanásbiztos, előnyösen hordozható érzékelőfej gázkoncentráció mérésére. Az eljárás és az érzékelőfej is jól alkalmazható bányászati felhasználás céljaira, 20 pl. az érzékelőfejjel előnyösen oldható meg bányákban a metán és/vagy a szénmonoxid tartalom mérése. Az érzékelőfej robbanásbiztos kivitelezése, valamint kis súlya és mérete alkalmassá teszi olyan folyamatos gázszennyezettség mérésére, amelynek során 25 az érzékelőfej a bányászok állandó felszerelésére, ruházatára, pl. fejvédő sisakjára, vagy hordozható más célt szolgáló eszközeire van felszerelve, s amelyet munkavégzés közben, annak zavarása nélkül lehet használni. Az érzékelőfejhez csatlakoztatható ön- 30 magában ismert jelfeldolgozó, kijelző és riasztó egységgel együtt is könnyen, jól hordozható, de fixen telepítve is célszerűen felhasználható. Gázérzékelésre különböző megoldások ismeretesek hordozható, illetve helyhez kötött kivitelben. 35 Ezen megoldások működése különféle fizikai, illetve fizikokémiai elven alapul. Használatosak pl. az ún. lángionizációs detektorral rendelkező készülékek, amelyek robbanásbiztos kivitelben nehezen állíthatók elő, és energiafelhasz- 40 nálásuk is viszonylag nagy. A fenti elven működő, külföldi robbanásbiztos berendezések magas árán kívül külön problémát jelent a magyar (szigorú) biztonsági előírások betarthatósága. 45 Ismeretesek elektron befogásos detektorral rendelkező berendezések is, amelyek általában nem univerzálisak és sugárveszélyesek. Használnak optikai (infravörös) elven működő berendezéseket is, amelyek alkalmazhatósága ugyancsak gázspecifikus. 50 Az ismert félvezetős érzékelőfejek, bár alacsony energiaigényük, hosszú élettartamuk és megfelelő érzékenységük miatt jól felhasználhatók, nem felelnek meg a biztonsági előírásoknak, vagy ha annak meg is felelnek, akkor kivitelük robusztus. Ilyen gáz- 55 érzékelő fejet ismertet a 177 811 lajstromszámú magyar szabadalmi leírás. A szabadalmi leírás nyomásálló tokozással és különleges védelemmel (szinterbronz) rendelkező gázérzékelő fejet ír le. A gázérzékelő fejen belül esetleg létrejövő robbanás miatt 60 szükséges a nyomásálló tokozás, amely a gázérzékelő fej viszonylag nagy méretét és súlyát (kb. 1 kg) eredményezi. Az alkalmazott szinterbronz szűrőn a porózus elemek a korrózió miatt hamar eltömődnek, ami egyben az érzékelés megszűnését is jelenti. Az álta- 65 lünk korábban kifejlesztett szinterbronzos gázérzékelő fej tehát maradéktalanul nem alkalmas a kitűzött feladat megvalósítására, mérete és súlya miatt hordozható kivitele nem megoldott, s bár felhasználása széles körű, bányákban a szigorú biztonsági előírások miatt nem alkalmazható. A gázkoncentráció (ezt a fogalmat tágan értelmezzük, amibe például a gőzök, így a különböző oldószergőzök is beletartoznak) mérés céljára szolgáló speciális félvezető elem, vezetőképességét a környezetében lévő gáz-levegő koncentráció függvényében változtatja. A félvezető elemet tartalmazó érzékelőfejet megfelelő, önmagában ismert áramköri kapcsolásba kötve lehetővé válik a gáz-levegő arány, a gázszennyezettség mérése. Üzemi körülmények között a félvezető elem 240- 300 °C hőmérsékletre melegszik fel. Ez a hőmérsékleti érték a robbanóképes gáz-levegő elegy koncentrációjának mérésénél kedvezőtlen, mivel ez a felmelegedés a robbanóképes gázelegy robbanását iniciálni képes. Ezért kell az érzékelőfejet valamilyen módon robbanásbiztos kivitelűvé tenni. Az ismert és a szabadalmi leírásban közölt megoldásban a félvezető elemet tartalmazó érzékelőfejet az ún. nyomásálló tokozású robbanásvédelmi mód alkalmazásával teszik robbanásbiztos kivitelűvé. Ez a védelmi mód azonban a már ismertetett hátrányokkal jár (nagy méret és súly). A gázérzékelők alkalmazási körének kiterjesztése érdekében olyan robbanásvédelmi mód kifejlesztését tűztük ki célul, amely lehetővé teszi a kis méret és súly mellett a megkívánt robbanásvédelmet. Kutatásaink ezért arra irányultak, hogy hogyan lehet megakadályozni azt, hogy a félvezető elem által termelt hő a környező robbanóképes gázelegy robbanását iníciálni tudja, emellett természetesen biztosítani kell, hogy a mérendő gázelegy a mérés érdekében a félvezető elem felületére jusson. Felismertük, hogy a robbanásvédelmet a félvezető elemet körülvevő, alkalmasan választott nagy fajhővel és hőkapacitással rendelkező, relativen nagy felületű, de kis méretre tömörített, szálas vagy szemcsés szerkezetű anyagból kialakított réteggel biztosítani lehet. A megfelelően tömörített, szálas vagy szemcsés szerkezetű anyagon belül olyan mikrocellás légzárványok alakulnak a tömörítés következtében, amelyek kellő hőszigetelést, így alacsony külső felületi hőmérsékletet eredményeznek. Ugyanakkor a mikrocellákon belül esetleg keletkező robbanóképes gázelegy olyan kis mennyiségű, hogy heves égési, vagy robba-2
