[Ol ] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von Gas in Flüssigkeit.

[02] Der Erfassung von in Flüssigkeiten vorliegenden Gasen kommt auf unterschiedlichen technischen Gebieten eine große Bedeutung zu. Bei- spielhaft sei die Offshore-Exploration und -Förderung von Erdöl und Erdgas genannt. Dort äußern sich Leckagen an Unterwasser befindlichen Bohrlöchern, Förderanlagen und Förderleitungen zunächst in einem erhöhten Gehalt von Kohlenwasserstoffgasen in der unmittelbaren Wasserumgebung dieser Einrichtungen. Es ist somit von besonderem Interes- se, dort in dem Wasser befindliche Kohlenwasserstoffgase frühzeitig zu erfassen, um umgehend Maßnahmen gegen eine auf diese Weise de- tektierte Leckage treffen zu können.

[03] Aus WO 96/34285 AI ist eine vorrangig zur Erfassung von Kohlen- wasserstoffgasen in Wasser vorgesehene Vorrichtung bekannt. Diese Vorrichtung weist einen in einem Messraum angeordneten Halbleitersensor zur Detektion von Kohlenwasserstoffen auf, wobei der Messraum abgesehen von einer Öffnung zur Wasserumgebung der Vorrichtung vollständig eingekapselt ist. Die Öffnung wird von einer gasdurchlässigen, ansonsten aber undurchlässigen Membran verschlossen. Somit können lediglich die in dem Umgebungswasser der Vorrichtung befindlichen Gase per Diffusion durch die Membran in den Messraum gelangen, in dem dann die Konzentration der Kohlenwasserstoffgase von dem Sensor erfasst wird. [04] Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht aber darin, dass die auf der Grundlage der Sensorsignale ermittelte Kohlenwasserstoffkonzentration mit erheblichen Ungenauigkeiten behaftet sein kann, da unterschiedliche physikalische und/oder chemische Effekte zu einer Messwertdrift des Halbleitersensors führen können.

[05] Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen von Gas in Flüssigkeit zu schaffen, welche den Nachteil der vorbekannten Vorrichtung nicht aufweist.

[06] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den in An- spruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung. Hierbei können die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale vorteilhaft in der angegebenen Kombination, aber auch, soweit technisch sinnvoll, für sich oder in anderer Kombination zur Ausgestaltung der Erfindung beitragen.

[07] Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum Erfassen von Gas in einer Flüssigkeit. Nicht ausschließlich, aber vorrangig ist sie zur Überprüfung von unter Wasser befindlichen Anlagen bei der Offshore-Explorati- on und Offshore-Förderung von Erdöl und Erdgas vorgesehen. In diesem Zusammenhang kann die Vorrichtung in Verbindung mit einem kabelgeführten Unterwasserfahrzeug (ROV) , einem autonomen Unterwasserfahrzeug (AUV) oder in Verbindung mit einer in unmittelbarer Nähe zu einer unter Wasser befindlichen Explorations- oder Fördereinrich- tung angeordneten Langzeit-Monitoring-Station eingesetzt werden, um Leckagen an den Explorations- und Fördereinrichtungen zu erfassen.

[08] Die Vorrichtung weist eine Sensoranordnung auf, die mit der Umgebung der Vorrichtung und somit auch mit einem in der Umgebung enthaltenen Gas in Verbindung steht. Diese Sensoranordnung ist mit zumindest einem Gassensor ausgestattet, welcher bei dem Vorhandensein eines zu erfassenden Gases ein entsprechendes Messsignal liefert. Als Gassensor ist vorzugsweise ein solcher Gassensor vorgesehen, wel- eher ein elektrisches Messsignal bereitstellt. Allerdings kann insbesondere bei diesen Gassensoren eine Messwertdrift auftreten, so dass das von dem Gassensor bereitgestellte Messsignal allein betrachtet nicht sehr aussagekräftig ist, da es sich ständig ändert.

[09] Diesem Umstand trägt die Erfindung insofern Rechnung, als die erfindungsgemäße Vorrichtung über eine zweite Sensoranordnung verfügt, welche einen mit dem Gassensor der ersten Sensoranordnung identischen Gassensor aufweist, wobei die zweite Sensoranordnung mit der Umgebung der Vorrichtung über einen Pufferraum in Verbindung steht. [10] Hierbei kommt dem der zweiten Sensoranordnung vorgelagerten Pufferraum die Bedeutung zu, ein Reservoir für Flüssigkeit zu bilden, welches das zu erfassende Gas von dem zumindest einen Gassensor der zweiten Sensoranordnung fernhält, wobei der Gassensor der zweiten Sensoranordnung ansonsten aber den gleichen physikalischen und/oder chemischen Einflüssen wie der Gassensor der ersten Sensoranordnung ausgesetzt ist. Dies geschieht zweckmäßigerweise dadurch, dass der Pufferraum bereits vor dem Einsatz der Vorrichtung mit Flüssigkeit befüllt ist, welche nicht das zu erfassende Gas enthält.

[1 1 ] Da der Gassensor der zweiten Sensoranordnung baugleich mit dem Gassensor der ersten Sensoranordnung ausgebildet ist und abgesehen davon, dass er nicht mit dem zu erfassenden Gas in Kontakt kommt, den gleichen Umgebungsbedingungen wie der Gassensor der ersten Sensoranordnung ausgesetzt ist, wird sein Messsignal von diesen Umgebungseinflüssen in der gleichen Weise beeinflusst, wie das Messsi- gnal des Gassensors der ersten Sensoranordnung, d.h., da die Gassensoren der beiden Sensoranordnungen identische Sensoreigenschaften aufweisen, driften die von den beiden Gassensoren ermittelten Messwerte mit vergleichbarer Steigung in die gleiche Richtung. Insofern lie- fert der Gassensor der zweiten Sensoranordnung ein Referenzsignal zu dem Messsignal des Gassensors der ersten Sensoranordnung, welches es ermöglicht, eine Messwertdrift aus dem Messsignal des Gassensors der ersten Sensoranordnung zu eliminieren. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, dass die Messsignale der Gassensoren der beiden Sensoran- Ordnungen ständig in einer elektronischen Auswerteeinrichtung miteinander verglichen werden und nur die Differenz der Messwerte der beiden Gassensoren ausgewertet wird, wobei dieser Differenzwert dann die Grundlage der Berechnung der Konzentration des erfassten Gases bildet. Diese Vorgehensweise führt dazu, dass die Konzentration eines Gases auch bei einer durch sich verändernde Umgebungsbedingungen verursachten Messwertdrift mit einer sehr hohen Genauigkeit ermittelt werden kann.

[12] Bevorzugt ist der Pufferraum zu der die Vorrichtung umgebenden Flüssigkeit hin offen ausgebildet. Demzufolge besteht für eine Umge- bungsflüssigkeit der Vorrichtung über den Pufferraum eine Überströmmöglichkeit von der Außenumgebung der Vorrichtung zu dem Gassensor. Das Überströmen der Flüssigkeit in den Pufferraum und zu dem Gassensor der zweiten Sensoranordnung bzw. das damit verbundene Befüllen des Pufferraumes mit der Flüssigkeit erfolgt hierbei zweckmäßiger- weise dann, wenn das zu erfassende Gas nicht in der Flüssigkeit enthalten ist. Befindet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Umgebung, in der die Flüssigkeit das zu erfassende Gas enthält, ist sicherzustellen, dass der Gassensor der zweiten Sensoranordnung dann, wenn ein in der Flüssigkeit befindliches Gas durch den Gassensor der ersten Sensoranordnung erfasst wird, nicht mit diesem Gas in Kontakt kommt. Zu diesem Zweck sind die Form und Abmessungen des Pufferraumes zweckmäßigerweise so zu wählen, dass das in der Flüssigkeit befindliche Gas während der Erfassung des Gases durch den Gassensor der ersten Sensoranordnung den Gassensor der zweiten Sensoranordnung nicht erreichen kann. [13] Als Alternative zu einer Ausgestaltung, bei welcher der Pufferraum zu der die Vorrichtung umgebenden Flüssigkeit hin offen ausgebildet ist, kann auch eine solche Ausgestaltung vorteilhaft sein, bei welcher der Pufferraum zu der die Vorrichtung umgebenden Flüssigkeit hin von einer elastischen Membran verschlossen ist. Diese elastische Mem- bran ist typischerweise sowohl flüssigkeitsundurchlässig als auch gasundurchlässig ausgebildet. Der Pufferraum ist hierbei mit einer Flüssigkeit gefüllt, deren physikalische und chemische Eigenschaften zweckmäßigerweise denjenigen der Flüssigkeit entsprechen, in welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt wird. Die Membran erlaubt es hierbei, dass der Druck und die Temperatur der Umgebungsflüssigkeit der Vorrichtung auf die in dem Pufferraum befindliche Flüssigkeit übertragen werden, und verhindert gleichzeitig zuverlässig, dass in der Umgebungsflüssigkeit befindliches Gas in den Pufferraum eindringen und zu dem Gassensor der zweiten Sensoranordnung gelangen kann. [14] Insbesondere bei einem zu der die Vorrichtung umgebenden Flüssigkeit hin offenen Pufferraum wird dieser Pufferraum vorteilhaft von einem mehrfach gewundenen Rohr gebildet. Hierbei ist einer Ausgestaltung des Rohrs bevorzugt, bei der diese schraubenlinienförmig gewunden ist, das Rohr kann aber gegebenenfalls auch eine andersarti- ge labyrinthartige Windung aufweisen. Die Vielzahl von Windungen des Rohrs bringt den Vorteil mit sich, dass das Rohr bei einem vergleichsweise kleinen Einbauraum eine verhältnismäßig große Länge aufweisen kann und somit eine entsprechend große Vorlaufstrecke von der Flüssigkeitsumgebung der Vorrichtung zu dem Gassensor der zweiten Sensor- anordnung bildet. So hat sich gezeigt, dass bei der Erfassung von Me- †han in Wasser das Methan bei einem bevorzugten Innendurchmesser des Rohres von 0,5 - 10 mm und einer bevorzugten Länge des Rohres von 10 - 15 cm aufgrund der Diffusion von Methan in Wasser mindestens zwei Tage benötigt, um von dem mit der Außenumgebung der Vorrich- tung in direkter Verbindung stehenden Rohrende zu dem Gassensor der zweiten Sensoranordnung zu gelangen. Bei entsprechender Vergrößerung der Rohrlänge kann diese Zeitspanne noch erheblich vergrößert werden, sodass auf jeden Fall sichergestellt wird, dass das im Wasser befindliche Gas den Gassensor der zweiten Sensoranordnung während der Erfassung des Gases durch den Gassensor der ersten Sensoranordnung nicht erreicht.

[15] Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung stehen die beiden Sensoranordnungen jeweils mit einem mittels einer gasdurchlässigen Membran verschlossenen Messraum in Verbindung. Hierrunter ist eine solche Anordnung der beiden Sensoranordnungen zu verstehen, bei der die Sensoren der Sensoranordnungen in Kontakt mit dem Inneren des jeweiligen Messraums stehen, wobei die Sensoren der Sensoranordnungen vorteilhaft auch vollständig innerhalb der Messräume angeordnet sein können. Darüber hinaus ist bei dieser Weiterbil- dung vorgesehen, dass die Membran, welche den in Verbindung mit der ersten Sensoranordnung stehenden Messraum verschließt, eine flüssigkeitsdichte Barriere direkt zu der Außenumgebung der Vorrichtung bildet und die Membran, welche den in Verbindung mit der zweiten Sensoranordnung stehenden Messraum verschließt, eine flüssigkeits- dichte Barriere zu dem Pufferraum bildet. Aufgrund der Flüssigkeitsun- durchlässigkeit der Membranen beinhalten die mit den beiden Sensoranordnungen in Verbindung stehenden Messräume jeweils lediglich eine Gasphase. Durch die Membran, welche den mit der ersten Sensoranordnung in Verbindung stehenden Messraum verschließt, diffundiert das in der Umgebungsflüssigkeit der Vorrichtung enthaltende und zu erfassende Gas hindurch in den mit der ersten Sensoranordnung in Ver- bindung stehenden Messraum. Die Flüssigkeit selbst kann hierbei nicht durch die Membran gelangen. Die Diffusion des Gases dauert solange an, bis sich ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen dem Gas und der Flüssigkeit einstellt. Damit dies möglichst schnell geschieht, ist das Innenvolumen des Messraumes möglichst klein zu halten.

[16] Die beiden, die Messräume verschließenden Membranen können generell aus allen geeigneten Membranmaterialien ausgebildet sein, wobei lediglich sicherzustellen ist, dass die Membran einerseits gasdurchlässig und andererseits flüssigkeitsundurchlässig sind. Erfindungsge- mäß bevorzugt handelt es sich bei den Membranen allerdings um Silikonmembranen. Insbesondere dann, wenn die Vorrichtung bei hohen Flüssigkeitsdrücken, wie z. B. bei Einsatz der Vorrichtung im Bereich der Offshore-Exploration und Offshore-Förderung von Erdöl und/oder Erdgas in großen Wassertiefen eingesetzt wird, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass sich die Membranen jeweils an einer entsprechend druckbeständigen, gasdurchlässigen Platte abstützen. Diese Platte kann beispielsweise aus gesintertem Metall, gesinterter oder anderweitig hergestellter Keramik oder aus Glas bestehen.

[17] Die Gassensoren der ersten und der zweiten Sensoranordnung können vorteilhaft von Halbleitersensoren gebildet werden. Solche Halbleitersensoren weisen eine gassensitive Halbleiterschicht auf, welche in der Regel aus einem Metalloxid ausgebildet ist. Die Halbleitersensoren sind spannungsbeaufschlagt. Unter einem bestimmten Gasein- fluss ändert sich die Leitfähigkeit des Halbleitersensors und führt zu einer Widerstandsänderung, welche die Grundlage für das von dem Halbleitersensor gelieferte Messsignal bildet. Die Verwendung der Halbleitersensoren ist insofern von Vorteil, als sie vergleichsweise kostengünstig erhältlich sind und ihr Energieverbrauch verhältnismäßig gering ist. Letztgenannte Eigenschaft macht sie insbesondere zur Verwendung in auto- nom betriebenen Vorrichtungen zur Erfassung von Gasen geeignet, bei denen die Energieversorgung der Vorrichtung innerhalb der Vorrichtung angeordnet ist.

[18] Alternativ zu dem Einsatz von Halbleitersensoren als Gassensoren können die Gassensoren der ersten und der zweiten Sensoranordnung auch von optischen Sensoren gebildet werden. Hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Messräume der beiden Sensoranordnungen zwischen einer Lichtquelle in Form einer beispielsweise nach dem TDSL-Prin- zip (TDLS= Tuneable Diode Laser Spectroscopy) arbeitenden durch- stimmbaren Laserstrahlenquelle oder einer Infrarotlichtquelle und einem die Lichtintensität erfassenden Detektor angeordnet sind, welcher ein optisches Signal, wie z.B. eine Infrarotstrahlung, in ein elektrisches Signal umwandelt. Ausgehend von der Lichtquelle werden Lichtstrahlen durch den Messraum gesandt, wobei auch Lichtstrahlen verwendet werden, deren Wellenlänge speziell von dem zu erfassenden Gas absorbiert wird. Dies wird von dem Detektor erfasst und in Verbindung mit einer dem Detektor nachgeschalteten Elektronik zu einem Messsignal weiterverarbeitet. Bei dem Detektor kann es sich um einen den inneren oder äußeren fotoelektrischen Effekt ausnutzenden Fotodetektor oder im Falle der Verwendung einer Infrarotlichtquelle um einen thermischen Detektor, wie z.B. einen pyroelektrischen Detektor oder Thermopilede- tektor handeln, welcher die Wärmeenergie der Infrarot-Strahlung in ein elektrisches oder mechanisches Signal umwandelt.

[19] Weiter bevorzugt weist jede der beiden Sensoranordnungen zumindest einen zweiten Gassensor auf. Diese zweiten Gassensoren der beiden Sensoranordnungen bilden eine Redundanz zu den beiden ersten Gassensoren der Sensoranordnungen und erfassen somit das gleiche Gas wie die ersten Gassensoren. Auch die zweiten Gassensoren der ersten und zweiten Sensoranordnung sind zweckmäßigerweise baugleich ausgeführt und stehen vorzugsweise jeweils in Verbindung mit einem Messraum, der mittels einer gasselektiven Membran verschlossen ist, wobei die Membran der ersten Sensoranordnung eine flüssigkeitsdichte Barriere direkt zu der Außenumgebung der Vorrichtung bildet und die Membran der zweiten Sensoranordnung eine flüssigkeitsdichte Barriere zu dem Pufferraum bildet. Vorteilhaft kann die Ausgestaltung der zweiten Gassensoren und der damit in Verbindung stehenden Messräume völlig identisch mit der Ausgestaltung der ersten Gassensoren und der damit in Verbindung stehenden Messräume sein. Darüber hinaus können die ersten Gassensoren und die zweiten Gassensoren der beiden Sensoranordnung jeweils auch mit dem gleichen Messraum in Verbindung stehen.

[20] Wie bereits angemerkt, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorrangig zur Überprüfung von unter Wasser befindlichen Anlagen bei der Offshore-Exploration und Offshore-Förderung von Erdöl und Erdgas vorgesehen und dient dabei zur frühzeitigen Entdeckung von Leckagen an den unter Wasser befindlichen Explorations- und Fördereinrichtungen, welche sich zunächst durch einem erhöhten Gehalt von Kohlen- wasserstoffgasen in der unmittelbaren Wasserumgebung dieser Einrichtungen bemerkbar machen. Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind daher die Gassensoren zur selektiven Erfas- sung von Kohlenwasserstoffgasen ausgebildet.

[21 ] Beispielsweise dann, wenn mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur die Konzentration ein spezielles Gases ermittelt werden soll, wobei der hierzu verwendete Gassensor nicht die entsprechende Selektivität aufweist, ist es zweckmäßig, wenn mit dem Gassensor lediglich dieses spezielle Gas in Kontakt kommt. Dies gewährleistet eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, nach der zumindest eingangs- seitig der Gassensoren der ersten Sensoranordnung jeweils ein Filter angeordnet ist, welcher nur für ein bestimmtes Gas durchlässig ist. Sind die Gassensoren zur selektiven Erfassung von Kohlenwasserstoffgasen aus- gebildet, kann der Filter beispielsweise so ausgebildet sein, dass er nur ein bestimmtes Kohlenwasserstoffgas wie z. B. Methan zu dem Gassensor durchlässt. Bei der bevorzugten Ausgestaltung, bei welcher die Gassensoren in Verbindung mit einem mittels einer gasdurchlässigen Membran verschlossenen Messraum stehen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Filter von einer entsprechenden Schicht gebildet wird, welche auf der Membran angebracht ist.

[22] Falls an der Membran kein entsprechender Filter angeordnet ist, kann auch in der Flüssigkeit befindlicher Sauerstoff durch Diffusion in den mit den Gassensoren der ersten Sensoranordnung in Verbindung stehenden Messraum gelangen. Da sich stark verändernde Sauerstoffkonzentrationen in den Messräumen unter Umständen Einfluss auf die Messwerte der zur Erfassung eines anderen Gases als Sauerstoff vorgesehenen Gassensoren der beiden Sensoranordnungen haben, ist es sinnvoll den in dem Messraum befindlichen Sauerstoff bei der Ermittlung der Konzentration des eigentlich zu erfassenden Gases zu berücksichtigen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist daher jede der beiden Sensoranordnungen zusätzlich einen Gassensor zur selektiven Erfassung von Sauerstoff auf.

[23] Auch die absolute Feuchte in den mit den Gassensoren der bei- den Sensoranordnungen in Verbindung stehenden Messräumen wirkt sich auf die Messwerte der Gassensoren aus. So hat z. B. eine erhöhte absolute Feuchte in den Messräumen bei der Verwendung von Halbleitersensoren eine Erhöhung der Leitfähigkeit des Halbleitersensors und damit einhergehend eine Verfälschung dessen Messwertes zur Folge. Insofern besteht grundsätzlich ein Interesse daran, die absolute Feuchte in den Messräumen zu bestimmen und in die Ermittlung der Konzentration des zu erfassenden Gases einfließen zu lassen. Insofern ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung in dem Messraum der beiden Sensoranordnungen ein Sensor zur Bestimmung der absoluten Feuchte in dem Messraum angeordnet. [24] Um die absolute Feuchte in den Messräumen konstant halten zu können, sind in dem Messraum der beiden Sensoranordnungen vorteilhaft ein Temperatursensor und eine Heizung angeordnet, wobei eine Temperaturregeleinrichtung vorgesehen ist, welche die Temperatur in dem Messraum auf einen konstanten Wert regelt.

[25] Ferner ist es bei der Ermittlung der Konzentration des zu erfassenden Gases auch erforderlich, Kenntnis von dem Gasdruck in den Messräumen der beiden Sensoranordnungen zu haben. In diesem Zusammenhang ist vorzugsweise vorgesehen, dass in dem Messraum der bei- den Sensoranordnungen ein Gasdrucksensor angeordnet ist. Dieser Gasdrucksensor ist zweckmäßigerweise mit der elektronischen Auswerteeinheit zur Bestimmung der Konzentration des zu erfassenden Gases signalverbunden.

[26] Zudem ist es auch sinnvoll, in die Bestimmung der Konzentration des zu erfassenden Gases auch die Leitfähigkeit, die Temperatur und den Druck der Umgebungsflüssigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung einfließen zu lassen. Die Erfindung trägt dem Rechnung, indem bevorzugt ein die Leitfähigkeit der Umgebungsflüssigkeit der Vorrichtung erfassender Sensor vorgesehen ist, weiter bevorzugt ein die Tem- peratur der Umgebungsflüssigkeit der Vorrichtung erfassender Sensor vorgesehen ist und weiterhin ein den Druck der Umgebungsflüssigkeit der Vorrichtung erfassender Sensor vorgesehen ist. Auch diese genannten Sensoren sind zweckmäßigerweise mit der elektronischen Auswerteeinheit zur Bestimmung der Konzentration des zu erfassenden Gases signalverbunden.

[27] Nachfolgend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt schematisch vereinfacht und teilweise in unterschiedlichen Maßstäben: Fig. 1 : in einer Schnittansicht eine Vorrichtung zur Erfassung von

Gas in einer Flüssigkeit,

Fig. 2: mögliche Einsatzszenarien der Vorrichtung nach Fig. 1 ,

Fig. 3: einen Gassensor der Vorrichtung nach Fig. 1 gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 4: einen Gassensor der Vorrichtung nach Fig. 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform und

Fig. 5: ein in Fig. 2 dargestelltes kabelgeführtes Unterwasserfahrzeug. [28] Die in Fig. 1 detailliert dargestellte Vorrichtung 2 ist zur Unterwasserbegutachtung von unterhalb der Wasseroberfläche befindlichen Einrichtungen von Offshore-Anlagen zur Förderung und zum Transport von Erdöl und Erdgas vorgesehen und dient zur Erfassung von dort gegebenenfalls austretenden Kohlenwasserstoffgasen. Damit verbundene mögliche Einsatzszenarien der Vorrichtung 2 sind in Fig. 2 dargestellt.

[29] Fig. 2 zeigt eine in einem Gewässer angeordnete Offshore-Anla- ge zur Förderung von Erdöl. Diese Offshore-Anlage weist neben einer größtenteils oberhalb einer Wasseroberfläche 4 angeordneten Offsho- re-Plattform 6 auch einige unterhalb der Wasseroberfläche 4 angeord- nete Fördereinrichtungen auf. In Fig. 2 ist in diesem Zusammenhang exemplarisch eine auf dem Gewässergrund 8 angeordnete Unterwasserstruktur 10 mit davon ausgehenden Förderleitungen 12 und 14 dargestellt, wobei sich an ein Ende der Förderleitung 14 ein sogenannter Sub- sea-Tree 1 6 anschließt. [30] Treten an den unterhalb der Wasseroberfläche 4 angeordneten Fördereinrichtungen Leckagen auf, die sich durch in das Wasser 18 austretende Kohlenwasserstoffgase 20 bemerkbar machen, dient die Vorrichtung 2 zum Auffinden dieser Leckagen, indem sie die dann an der Leckagestelle in das Wasser 18 austretenden Kohlenwasserstoffgase 20 erfasst.

[31 ] Um die Vorrichtung 2 in der Nähe einer möglichen Leckagestelle positionieren zu können, kann diese in oder an einem Unterwasserfahrzeug angeordnet sein. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, kann es sich bei dem Unterwasserfahrzeug um ein kabelgeführtes Unterwasserfahrzeug 22 (ROV) oder um ein autonomes Unterwasserfahrzeug 24 (AUV) handeln. Während das autonome Unterwasserfahrzeug 24 im Wesentlichen autark operiert, wird das kabelgeführte Unterwasserfahrzeug 22 im vorliegenden Fall von einem Überwasserschiff 26 aus ferngesteuert. Hierzu ist das Unterwasserfahrzeug 22 über ein Kabel 28 mit dem Überwasserschiff 26 verbunden. Das Kabel 28 dient neben der Energieversorgung des Unterwasserzeuges 22 zur Übertragung von Steuersignalen von dem Überwasserschiff 26 zu dem Unterwasserfahrzeug 22 und zum Datenaustausch zwischen der Vorrichtung 2 und damit kommunizierenden Ein- richtungen auf dem Überwasserschiff 26.

[32] Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die einzelnenn Komponenten der unterhalb der Wasseroberfläche 4 angeordneten Fördereinrichtungen mittels Vorrichtungen 2 zu überwachen, die ortsfest in unmittelbarer Nähe zu dem Überwachungsgegenstand angeordnet sind. In diesem Zusammenhang ist in Fig. 2 eine mit zwei Vorrichtungen 2 bestückte Langzeit-Monitoring-Station 30 dargestellt, mit der der Subsea- Tree 1 6 überwacht wird.

[33] Im Folgenden wird eingehender Bezug auf Fig. 1 genommen. Die dort dargestellte Vorrichtung 2 weist ein Gehäuse 32 auf. In Anbetracht eines möglichen Einsatzes der Vorrichtung 2 in großen Wassertiefen ist das Gehäuse 32 druckfest ausgebildet und nicht druckfest ausgebildete Komponenten der Vorrichtung 2 sind in dem Gehäuse 32 druckfest gekapselt. Das Gehäuse 32 weist einen Grundkörper 34 auf, der einen nach zwei einander direkt gegenüberliegenden Seiten offenen Hohlkörper bildet. Ein Innenraum 36 des Grundkörpers 34 wird von zwei druckfest ausgebildeten Wandungen 38 und 40 verschlossen, welche in dem Inneren des Grundkörpers 34 etwas versetzt zu den offenen Enden des Grundkörpers 34 angeordnet sind. An beiden offenen Enden des Grundkörpers 34 des Gehäuses 32 ist im Inneren des Grundkörpers 34 jeweils ein Absatz 42 ausgebildet. Auf jedem dieser Absätze 42 liegt eine Platte 44 auf. Die Platten 44 sind jeweils gasdurchlässig und druckbeständig als Sinterteile aus Metall oder anderen Materialien ausgebildet.

[34] An der Platte 44, welche unmittelbar außenseitig der Wandung 38 angeordnet ist, liegt an der von der Wandung 38 abgewandten Seite der Platte 44 eine ebenfalls in den Absatz 42 eingreifende Membran 46 auf. Die Membran 46 ist gasdurchlässig, jedoch nicht flüssigkeitsdurchlässig ausgebildet. Mit ihrer von der Platte 44 abgewandten Seite schließt die Membran 46 bündig mit dem Ende des Grundkörpers 34 ab. Mittels eines Befestigungsringes 48, der mit dem Grundkörper 34 des Gehäuses 32 verschraubt ist, sind die Membran 46 und die Platte 44 in dem Absatz 42 des Grundköpers 34 formschlüssig und gegebenenfalls auch kraftschlüssig festgelegt.

[35] Zwischen der Platte 44 und der Wandung 38 befindet sich ein Freiraum, welcher nachfolgend als Messraum 50 bezeichnet wird. Befindet sich die Vorrichtung 2 im Einsatz, kann aufgrund der flüssigkeitsundurchlässigen Ausbildung der Membran 46 kein Wasser 18 in den Messraum 50 gelangen. Anders verhält es sich mit in dem Wasser 18 befindlichen Gasen, wie vorrangig an einer Leckagestelle austretenden Koh- lenwasserstoffgasen 20, welche durch die Membran 46 hindurch diffun- dieren und so über die ebenfalls gasdurchlässige Platte 44 in den Messraum 50 gelangen. Die Diffusion des Gases dauert solange an, bis sich ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen dem Kohlenwasserstoffgas 20 und dem Wasser 18 einstellt. Die Molenkonzentration des im Wasser 18 gelösten Kohlenstoffgases 20 steht dann im thermodynami- schen Gleichgewicht zu dem Partialdruck des Kohlenwasserstoffes 20 in der Gasphase in dem Messraum 50.

[36] In dem Messraum 50 ist eine erste Sensoranordnung 52 der Vorrichtung 2 angeordnet. Die Sensoranordnung 52 beinhaltet einen ersten Gassensor 54 zur Ermittlung der Kohlenwasserstoffgaskonzentration in dem Messraum 50, einen eine Redundanz zu dem ersten Gassensor 54 bildenden zweiten Gassensor 56, einen Gassensor 58 zur Ermittlung der Sauerstoffkonzentration in dem Messraum 50, einen Sensor 60 zur Ermittlung der absoluten Feuchte in dem Messraum 50, einen Temperatursen- sor 62 zur Ermittlung der Gastemperatur in dem Messraum 50 und einen Drucksensor 64 zur Ermittlung des Gasdruckes in dem Messraum 50.

[37] Neben der ersten Sensoranordnung 52 ist in dem Messraum 50 auch eine Heizung 66 angeordnet. Die Heizung 66 dient zusammen mit dem Temperatursensor 62 und einer in der Zeichnung nicht explizit dar- gestellten Temperaturregeleinrichtung dazu, die Temperatur in dem Messraum 50 konstant zu halten.

[38] Alle Sensoren der ersten Sensoranordnung sind mittels Leitungen mit einem Elektronikmodul 68 verbunden, welches in dem Innenraum 36 des Grundkörpers 34 des Gehäuses 32 angeordnet ist. Das Elektronik- modul 68 dient zur elektrischen Energieversorgung aller elektrischen oder elektronischen Einrichtungen der Vorrichtung 2 und zur Auswertung der von den Sensoren der Vorrichtung 2 gelieferten Messsignale. Zur autarken Energieversorgung der Vorrichtung 2 ist das Elektronikmodul 68 mit einem Akkumulator 70 ausgestattet, welcher über einen La- deregier 72 mit einem Ladeanschluss 74 in Verbindung steht. Die Auswertung der von den Sensoren der Vorrichtung 2 bereitgestellten Messsignale erfolgt in einer Auswerteeinrichtung 76 des Elektronikmoduls 68. Ferner verfügt das Elektronikmodul 68 über einen Datenspeicher 78, welcher über eine Dateneingabe- und -ausgabeeinheit 80 und eine Datenleitung 80 mit einem nicht dargestellten Peripheriegerät leitungs- verbindbar ist.

[39] An der Platte 44, welche unmittelbar außenseitig der Wandung 40 angeordnet ist, liegt an der von der Wandung 40 abgewandten Sei- te der Platte 44 eine in den Absatz 42 eingreifende Membran 84 auf. Wie die Membran 46 ist auch die Membran 84 gasdurchlässig jedoch nicht flüssigkeitsdurchlässig ausgebildet. Mit ihrer von der Platte 44 abgewandten Seite schließt die Membran 84 bündig mit dem Ende des Grundkörpers 34 ab. Mittels eines Elements 86, das mit dem Grundkör- per 34 des Gehäuses 32 verschraubt ist, sind die Membran 84 und die Platte 44 in dem Absatz 42 formschlüssig und gegebenenfalls auch kraftschlüssig festgelegt.

[40] Wie zwischen der Platte 44 und der Wandung 38 befindet sich auch zwischen der Platte 44, an welcher die Membran 84 anliegt, und der Wandung 40 ein Freiraum, der nachfolgend als Messraum 88 bezeichnet wird. In diesem Messraum 88 ist eine zweite Sensoranordnung 90 der Vorrichtung 2 angeordnet. Diese zweite Sensoranordnung 90 weist neben einem ersten Gassensor 92, welcher mit dem Gassensor 54 der ersten Sensoranordnung 52 identisch ist, einen zweiten Gassensor 94 auf, der mit dem zweiten Gassensor 56 der ersten Sensoranordnung 52 identisch ist und eine Redundanz zu dem ersten Gassensor 92 der zweiten Sensoranordnung 90 bildet. Des Weiteren beinhaltet die zweite Sensoranordnung 90 einen Gassensor 96 zur Ermittlung der Sauerstoffkonzentration in dem Messraum 88, welcher identisch zu dem Gassensor 58 der ersten Sensoranordnung 52 ist, einen Sensor 98 zur Ermittlung der absoluten Feuchte in dem Messraum 88, welcher identisch zu dem Sensor 60 der ersten Sensoranordnung 52 ist, einen Temperatursensor 100 zur Ermittlung der Gastemperatur in dem Messraum 88, welcher identisch zu dem Temperatursensor 62 der ersten Sensoranordnung 52 ist und einen Drucksensor 102 zur Ermittlung des Gasdrucks in dem Messraum 88, welcher identisch zu dem Drucksensor 64 der ersten Sensoranordnung 52 ist. Alle Sensoren der zweiten Sensoranordnung 90 sind ebenfalls über Leitungen mit der Auswerteeinrichtung 76 des Elektronikmoduls 68 verbunden. Neben der zweiten Sensoranordnung 90 ist in dem Messraum 88 auch eine Heizung 104 angeordnet, welche zusammen mit dem Temperatursensor 100 und einer in der Zeichnung nicht explizit dargestellten Temperaturregeleinrichtung dazu dient, die Temperatur in dem Messraum 88 konstant auf dem Temperaturwert des Messraums 50 zu halten. [41 ] Das mit dem Grundkörper 34 des Gehäuses 32 verschraubte Element 86, welches die Membran 84 und die Platte 44 in dem Absatz 42 des Grundkörpers 34 formschlüssig und gegebenenfalls kraftschlüssig festgelegt, ist napfförmig ausgebildet und bildet einen zu der Membran 84 offenen Hohlraum 106. An einer parallel zu der Membran 84 ausge- richteten Endplatte 108 des Elements 86 ist ein Loch ausgebildet, in welches ein Ende eines mehrfach schraubenlinienförmig gewundenen Rohrs 1 10 eingreift.

[42] Zusammen mit dem Hohlraum 106 des Elements 86 bildet das Rohr 1 10 einen Pufferraum 1 12 zur Aufnahme von Wasser 18, welches von der Umgebung der Vorrichtung 2 über das offen ausgebildete freie Ende des Rohrs 1 10 in das Rohr 1 10 und von dort in den Hohlraum 106 des Elements 86 strömen kann. Insbesondere die Längen- und Innen- querschnittsabmessungen des Rohrs 1 10 bewirken hierbei, dass in dem Wasser 18 befindliche Gase zumindest während des Einsatzes der Vor- richtung 2 nicht in die Nähe der Membran 84 und von dort in den Mess- räum 88 gelangen, während die übrigen Umgebungsbedingungen des Messraums 88 und der darin angeordneten zweiten Sensoranordnung 90 mit den Umgebungsbedingungen des Messraums 50 und der darin angeordneten ersten Sensoranordnung 52 übereinstimmen. Änderun- gen der Messsignale der Gassensoren 92, 94 und 96 der zweiten Sensoranordnung 90 sind daher lediglich auf eine Messsignaldrift dieser Gassensoren 92, 94 und 96 zurückzuführen, die mit der Messsignaldrift der Gassensoren 54, 56 und 58 der ersten Sensoranordnung 52 übereinstimmt. Dieser Umstand wird in der Auswerteeinrichtung 76 des Elektro- nikmoduls 68 genutzt, um die driftbedingten Anteile der Messsignalveränderungen der zur Erfassung von Kohlenwasserstoffgasen 20 und Sauerstoff verwendeten Gassensoren 54, 56 und 58 der ersten Sensoranordnung 52 herauszurechnen.

[43] Die bereinigten Messsignale der Gassensoren 54, 56 und 58 der ersten Sensoranordnung 52 bilden in der Auswerteeinrichtung 76 des Elektronikmoduls 68 die Grundlage für die Berechnung einer Kohlenstoffgaskonzentration in dem Wasser 18 in der Umgebung der Vorrichtung 2. Zur Berechnung dieser Kohlenstoffgaskonzentration ist es allerdings auch erforderlich, Kenntnis von der Temperatur, dem Druck und der Leitfähigkeit des Wassers 18 in der Umgebung der Vorrichtung 2 zu haben. Daher weist die Vorrichtung 2 neben den Sensoren der ersten Sensoranordnung 52 und den Sensoren der zweiten Sensoranordnung 90 auch einen mit der Außenumgebung der Vorrichtung 2 in direkter Verbindung stehenden Temperatursensor 1 14, einen mit der Außenum- gebung der Vorrichtung 2 in direkter Verbindung stehenden Drucksensor 1 16 sowie einen ebenfalls mit der Außenumgebung der Vorrichtung 2 in direkter Verbindung stehenden Leitfähigkeitssensor 1 18 auf.

[44] Die Gassensoren 54, 56 und 58 der ersten Sensoranordnung 52 und die Gassensoren 92, 94 und 96 der zweiten Sensoranordnung 90 können als Halbleitersensoren ausgebildet sein. Ein solcher Halbleiter- sensor 120 ist in Fig. 3 schematisch stark vereinfacht dargestellt. Der Halbleitersensor 120 weist einen Grundkörper 122 auf, auf welchem eine Sensorschicht 124 aus einem Halbleitermaterial angeordnet ist. Über Kontakte 126 und 128 liegt an der Sensorschicht 124 eine elektrische Spannung an. Das Halbleitermaterial der Sensorschicht 124 ist so gewählt, dass es, wenn es mit einem bestimmten Gas 130 in Berührung kommt, darauf in Form einer Änderung der elektrischen Leitfähigkeit der Sensorschicht reagiert. Damit überhaupt eine gute Eigenleitfähigkeit der Sensorschicht 124 einsetzt, muss diese auf eine bestimmte Tempera- tur aufgeheizt werden. Hierzu ist in dem Grundkörper 122 des Halbleitersensors 120 ein Heizelement 132 angeordnet.

[45] Alternativ zu der Verwendung von Halbleitersensoren als Gassensoren können die Gassensoren 54, 56 und 58 der ersten Sensoranordnung 52 und die Gassensoren 92, 94 und 96 der zweiten Sensoranord- nung 90 auch von optischen Sensoren gebildet werden. Ein solcher optischer Sensor 134 ist in Fig. 4 in einer Prinzipskizze dargestellt. Dieser Sensor 134 weist eine von einem Elektronikmodul 136 gesteuerte Lichtquelle 138 auf. Bei der Lichtquelle 138 kann es sich um einen durchstimmbaren Laser, eine durchstimmbare Laserdiode oder um eine Infrarotlichtquelle handeln. In dem Strahlengang der Lichtquelle 138 befindet sich ein die Lichtintensität erfassender Detektor 140, welcher beabstandet von der Lichtquelle 138 angeordnet ist. Befindet sich ein bestimmtes Gas 130 in dem Zwischenraum 142 zwischen der Lichtquelle 138 und dem Detektor 140, werden für dieses Gas 130 typische Wellenlängen des von der Lichtquelle 138 ausgesandten Lichts von dem Gas 130 absorbiert, was von dem Detektor 140 erfasst wird. Eine mit dem Detektor 140 signalverbundene elektronische Signalverarbeitungseinrichtung 144 erzeugt dann ein entsprechendes Messsignal in Form eines elektrischen Spannungswerts. [46] Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 2 angemerkt, kann die Vorrichtung 2 in Verbindung mit einem kabelgeführten Unterwasserfahrzeug 22 (ROV) verwendet werden. Fig. 5 zeigt das in Fig. 2 dargestellte Unterwasserfahrzeug 22 in einer vergrößerten Einzelzeichnung. Das Un- terwasserfahrzeug 22 weist ein Oberteil 146 auf, an welches sich ein Unterbau 148 anschließt. Während das Oberteil 146 die Auftriebskörper des Unterwasserfahrzeugs 146 enthält, ist in dessen Unterbau 148 die Vorrichtung 2 angeordnet, wobei der Endbereich der Vorrichtung 2, in welchem die erste Sensoranordnung 52 angeordnet ist, aus dem Unter- bau 148 herausragt. An diesem aus dem Unterbau 148 herausragenden Ende der Vorrichtung 2 ist außenseitig des Befestigungsrings 48 ein Gehäuse 150 angeordnet. Das Gehäuse 150 ist zu dem Befestigungsring 48 offen ausgebildet, wobei der Querschnitt eines Innenraums 152 des Gehäuses 150 mit dem Innenquerschnitt des Befestigungsrings 48 korre- spondiert. An dem Gehäuse 150 ist an dessen direkt von dem Befestigungsring 48 abgewandten Seite ein Loch ausgebildet, in welches eine Schlauchleitung 154 eingreift. An dem von dem Gehäuse 150 abgewandten Ende der Schlauchleitung 154 ist ein Trichter 156 ausgebildet. Mittels einer in der Schlauchleitung 154 integrierten Unterwasserpumpe 158 wird Wasser 18 aus der Umgebung des Unterwasserfahrzeugs 22 über den Trichter 156 und die Schlauchleitung 154 in den Innenraum 152 des Gehäuses 150 gefördert. Dort kommt das Wasser 18 mit der Membran 46 in Kontakt, durch welche in dem Wasser 18 eventuell vorhandenes Kohlenwasserstoffgas 20 in den Messraum 50 der ersten Sen- soranordnung 52 diffundiert, so dass die Konzentration an Kohlenwasserstoffgas 20 in der Vorrichtung 2 in der bereits beschriebenen Weise ermittelt werden kann. Während die Unterwasserpumpe arbeitet, kann überschüssiges Wasser 18 den Innenraum 152 des Gehäuses 150 über zwei an dem Gehäuse 150 ausgebildete Auslässe 160 verlassen. Um den Trichter 156 genau auf eine mögliche Leckagestelle ausrichten zu können, weist das Unterwasserfahrzeug 22 einen mehrgelenkigen Mani- pulatorarm 162 auf. An diesem Manipulatorarm 162 ist die Schlauchleitung 154 im Bereich des Trichters 156 befestigt.

Bezugszeichen

2 Vorrichtung

4 Wasseroberfläche

6 Offshore-Plattform

8 Gewässergrund

10 U nterwasserstru ktur

12 Förderleitung

14 Förderleitung

16 Subsea tree

18 Wasser

20 Kohlenwasserstoffgas

22 U nterwasserfa hrzeug

24 Unterwasserfahrzeug

26 Überwasserschiff

28 Kabel

30 Langzeit-Monitoring-Station

32 Gehäuse

34 Grundkörper

36 Innenraum

38 Wandung

40 Wandung

42 Absatz

44 Platte

46 Membran

48 Befestigungsring

50 Messraum

52 Sensoranordnung

54 Gassensor

56 Gassensor

58 Gassensor

60 Sensor 62 Temperatursensor

64 Drucksensor

66 Heizung

68 Elektronikmodul

70 Akkumulator

72 Laderegler

74 Ladeanschluss

76 Auswerteeinrichtung

78 Datenspeicher

80 Dateneingabe- und -ausgabeeinheit

82 Datenleitung

84 Membran

86 Element

88 Messraum

90 Sensoranordnung

92 Gassensor

94 Gassensor

96 Gassensor

98 Sensor

100 - Temperatursensor

102 - Drucksensor

104 - Heizung

106 - Hohlraum

108 - Endplatte

1 10 - Rohr

1 12 - Pufferraum

1 14 - Temperatursensor

1 1 6 - Drucksensor

1 18 - Leitfähigkeitssensor

120 - Halbleitersensor

122 - Grund körper

124 - Sensorschicht 126 - Kontakt

128 - Kontakt

130 - Gas

132 - Heizelement

134 - Sensor

136 - Elektronikmodul

138 - Lichtquelle

140 - Detektor

142 - Zwischenraum

144 - Signalverarbeitungseinrichtung

146 - Oberteil

148 - Unterbau

150 - Gehäuse

152 - Innenraum

154 - Schlauchleitung

156 - Trichter

158 - U nterwasserpu m pe

1 60 - Auslass