DD244152A1 - Zweistufige ueberwachungsanordnung fuer aus fluessigkeiten entweichende brennbare gase - Google Patents

Abstract

Ziel der Erfindung ist das schnelle Entdecken und Unschaedlichmachen von brennbaren Gasen, insbesondere von aus Elektrolyseanlagen entweichenden Wasserstoff. Es ist eine zweistufige Ueberwachungsanordnung fuer aus Fluessigkeiten entweichende brennbare oder explosive Gase, insbesondere fuer aus unter Wasser arbeitenden Wasserelektrolyse-Systemen entweichenden Wasserstoff, zu schaffen, die in der Lage ist, aus einem Elektrolysesystem austretendes Gas sofort anzuzeigen und bei Austreten eines gefaehrlichen Brenngases das jeweilige Elektrolysesystem abzuschalten. Erfindungsgemaess ist in der ersten Stufe jedem Behaelterdeckel ein Glaszylinder gasdicht aufgesetzt, der einen nach innen gestuelpten Trichter aufweist, dessen Trichteroeffnung in eine Fluessigkeit ragt und von einem eingeschliffenen Ventilkegel abgeschlossen ist, der einen ersten Signalstromkreis steuert. Ueber ein Gassammelrohr sind alle Glaszylinder der ersten Stufe an einen die zweite Stufe bildenden gleichartig aufgebauten Glaszylinder gasdicht angeschlossen, in dem brennbare Gase vom ersten Signalstromkreis aus gesteuert gezuendet werden. Ein hierdurch aktivierter Thermokontakt loest einen zweiten Signalstromkreis aus, der die Spannungsquelle des gefaehrdeten Elektrolysesystems abschaltet.

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft eine zweistufige Überwachungsanordnung für aus in abgeschlossenen Behältern befindlichen Flüssigkeiten entweichende brennbare oder explosive Gase, insbesondere für als Brennstoff und chemisches Reaktionsmittel dienenden Wasserstoff, wie er in unterirdischen Anlagen zur Aufbereitung von Warmwasser benötigt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Solche Anlagen besitzen ein oder mehrere in wasserdichten Behältern in einem Wasserbad untergebrachte Rohrsysteme zur Elektrolyse von Wasser. Die dabei entstehenden Gase Wasserstoff und Sauerstoff werden in einer Brennkammer verbrannt, wobei der entstehende Wasserdampf ein in einem weiteren Behälter befindliches Wasserbad erwärmt. Anstelle von Sauerstoff kann zum Verbrennen auch Luft Verwendung finden.

Da solche Anlagen häufig unter öffentlichem Gelände arbeiten, ist der Sicherheit solcher Anlagen besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Besonderes Augenmerk gilt dabei dem Wasserstoff, da dessen außerordentlich niedrige Zündenergie eine ständige Brand- und Explosionsgefahrdarstellt. Esgenügen hier bereits 4Vol.-% Wasserstoff, um eine Wasserstoffexplosion auszulösen. Untersuchungen weisen auf die besondere Tendenz von Wasserstoff hin, durch normalerweise „luftdichte" Dichtungen hindurchzutreten. Undichtigkeiten oder Leckagen im Elektrolysesystem gilt daher besondere Aufmerksamkeit. In Abhängigkeit von der Druckdifferenz und der Leckagefläche wird die volumetrische Leckgasmenge durch die Gasdichte oder die Viskosität bestimmt. Wasserstoff hat eine geringere Viskosität und ein geringeres Molekulargewicht als Luft, so daß Ausrüstungsteile wie Flansche, Ventile, Dichtungen u.a., die normalerweise „luftdicht" sind, keinesfalls „gasdicht" sein müssen. Unfällen muß daher ~ wirkungsvoll und mit Sicherheit begegnet werden. Infolge der geringen Dichte des Wassestoffs können Standard- . Analysesysteme, wie Gasdetektoren, nur begrenzt eingesetzt und wirkungsvoll zur Funktion gebracht werden. Andere Schutzmaßnahmen verhindern Brände oder Explosionen nicht, da sie nur sekundäre Wirkungen haben, das heißt, sie schützen nur vor weiteren Auswirkungen von Bränden oder Explosionen, z. B. Sprinkler-Anlagen, Flutungs-Anlagen, Wassersprüh-Systeme, Prüferlöscher-Systeme u.a. Diese Anlagen und Systeme haben sich in der Mehrzahl aller Fälle als Brand- und Explosionsbekämpfungsmaßnahmen bewährt, haben aber Brände und Explosionen nicht verhindert. Darüber hinaus sind sie mit einem erheblichen Aufwand verbunden, vgl. Tagungsbericht 448, „Wasserstoff-Energieträger der Zukunft", Essen, Haus der Technik, März 1981, S. 68 ff. "

Es ist absehbar, daß das Gewinnen von Wasserstoff über die Wasserelektrolyse und seine weitere Verwendung als Energieträger immer mehr an Bedeutung gewinnt. Hier zeichnen sich bereits Wege ab. Wasserstoff und Sauerstoff im Wasser zu verbrennen und damit das Wasser aufzuheizen.

Zum Abführen von Verbrennungsrückständen oder nicht verbrannten Brenngasgemischanteilen sind Abgasschächte o. ä. erforderlich, die die teilweise noch gefährlichen Abgase an die Umgebung abgeben oder über zusätzliche Filter erneut dem Brenner zuführen.

Wird die Verbrennung durch eine Störung unterbrochen, werden trotzdem weiterhin Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt, was zu gefährlichen Ansammlungen von Brenngasgemischen führen kann, vgl. hierzu DE-OS 3100712; 3145530, F24H 1/00. Um das direkte Verbrennen von Gasgemischen, z. B. Wasserstoff und Sauerstoff, im Wasser zu vermeiden, ist es bekannt, die bei der Wasserelektrolyse entstehenden Gase Wasserstoff und Sauerstoff in einer in einem unterirdischen Wasserbehälter befindlichen Brennkammer zu verbrennen und den bei der Verbrennung entstehenden Wasserdampf zum Erwärmen des Wassers zu benutzen. Anstelle von Sauerstoff kann auch Luft eingesetzt werden.

Für eine solche unterirdisch arbeitende Anlage zum Erwärmen von Wasser erweisen sich die bekannten Schutzmaßnahmen als unzweckmäßig, da bei Gasaustritten die schädigenden Auswirkungen auf die Umwelt nicht vermieden werden und Explosionen sich nicht oder nur mit hohem Aufwand verhindern lassen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, insbesondere bei einer unterirdisch mit mehreren Systemen arbeitenden Anlage zur Wasserelektrolyse den Wasserstoff außerhalb der Anlage sofort zu entdecken, sobald er aus einem System freigesetzt wird und ein sich bildendes gefährliches Brenngas außerhalb der Anlage unschädlich zu machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zweistufige Überwachungsanordnung für aus in abgeschlossenen Behältern befindlichen Flüssigkeiten entweichende brennbare oder explosive Gase, insbesondere für aus unter Wasser arbeitenden Wasserelektrolyse-Systemen entweichenden Wasserstoff zu schaffen, die in der Lage ist, aus einem Elektrolysesystem austretendes Gas sofort anzuzeigen und bei Auftreten eines gefährlichen Brenngases den Betrieb des jeweiligen Elektrolysesystems zu unterbrechen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der ersten Stufe jedem Behälterdeckel ein mit einem nach innen gestülpten Trichter versehener Glaszylinder gasdicht aufgesetzt ist und die Öffnung des zylindrischen Trichterrohres im Innern des Glaszylinders in eine vom Glaszylinder umschlossene Flüssigkeit mündet und von einem eingeschliffenen, einen ersten Signalstromkreis steuernden Ventilkegel abgeschlossen ist und daß alle Glaszylinder der ersten Stufe an ein Gassammeirohr gasdicht angeschlossen sind, an dessen offenes Ende als zweite Stufe ein mit einem nach innen gestülpten Trichter versehener Glaszylinder gasdicht angesetzt ist und die Öffnung des zylindrischen Trichterrohres im Innern des Glaszylinders in eine vom Glaszylinder umschlossene Flüssigkeit mündet und von einem eingeschliffenen Ventilkegel abgeschlossen ist und daß in dem Glaszylinder der zweiten Stufe über der Flüssigkeit eine von der ersten Stufe gesteuerte Zündvorrichtung sowie ein einen zweiten Signalstromkreis steuernder Thermokontakt angeordnet sind. Die aus nahezu zwei gleichartig aufgebauten Glaszylindern gebildete zweistufige Überwachungsanordnung hat den Vorteil, daß austretende Gase bei Sichtkontrolle in der ersten Stufe sofort entdeckt werden und bei starker Gasentwicklung außerdem durch Abheben des Ventilkegels ein erster Signalstromkreis eingeschaltet wird, der unter anderem auch die Zündvorrichtung der zweiten Stufe einschaltet. Gelangt ein brennbares Gas, z. B. Wasserstoff, in das Gassammeirohr und tritt aus der Öffnung des zylindrischen Trichterrohres der zweiten Stufe aus, so wird es über der Flüssigkeit durch die Zündvorrichtung gezündet und verbrannt. Der durch die entstehende Hitze eingeschaltete Thermokontakt schaltet einen zweiten Signalstromkreis ein und das entsprechende von der ersten Stufe gekennzeichnete Elektrolysesystem ab

Durch Zufuhr von Luft in den Glaszylinder der zweiten Stufe kann der Verbrennungsvorgang noch beschleunigt werden.

Ausführungsbeispiel

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird die erfindungsgemäße zweistufige Überwachungsanordnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine Prinzipskizze eines Glaszylinders der ersten Überwachungsstufe, teilweise im Schnitt, Fig. 2: eine Prinzipskizze eines Glaszylinders der zweiten Überwachungsstufe und Fig.3: eine Prinzipskizze einer zweistufigen Überwachungsanordnung für eine unterirdische Behälteranordnung zum Aufbereiten von Warmwasser mittels Wasserelektrolyse.

Der in Fig. 1 dargestellte Glaszylinder 1 weist einen nach innen gestülpten Trichter auf, dessen in einem Trichterrohr 3 befindliche Öffnung mit einem eingeschliffenen Ventilkegel 4 abgeschlossen ist und von einer im Innern des Glaszylinders 1 befindlichen durchsichtigen Flüssigkeit 10 mit einem tiefen Gefrierpunkt, z.B. —50⁰C, überdeckt ist. Mit einem ersten Flansch 8 ist der Glaszylinder 1 gasdicht auf einen Behälterdeckel, z. B. 29 in Fig.3, aufgesetzt. Mit einem zweiten Flansch 9 ist der Glaszylinder 1 gasdicht mit einem Gassammeirohr 28 verbunden. Der Behälter 29 in Fig. 3 ist mit Wasser 11 gefüllt, das bis in den Trichter 2 aufsteigen kann. Die Richtung von aufsteigenden Gasblasen ist mit einem Pfeil gekennzeichnet.

Bei genügendem Gasdruck heben die angesammelten Gasblasen den Ventilkegel 4 bis zu einem Anschlag 5 an. Dabei betätigt der Ventilkegel 4 eine elektrische Kontaktvorrichtung 6, die über eine zweiadrige Leitung 7 einen ersten, nicht dargestellten Signalstromkreis steuert. In den Signalstromkreis kann z. B. ein erstes Relais geschaltet sein, das weitere Stromkreise schaltet. Damit wird z. B. aufsteigender Wasserstoff bei einer Sichtkontrolle sofort entdeckt, und sein Entweichen kann außerdem noch optisch oder akustisch signalisiert werden.

Die zweite Überwachungsstufe besteht in Fig. 2 ebenfalls aus einem Glaszylinder 12 mit einem nach innen gestülpten Trichter 13, dessen in einem Trichterrohr 14 befindliche Öffnung von einem eingeschliffenen Ventilkegel 15 abgeschlossen ist. Ein Anschlag 16 begrenzt die Bewegung des Ventilkegels 15. Wie im Glaszylinder 1 der ersten Stufe befindet sich im Glaszylinder 12 der zweiten Stufe eine gleiche durchsichtige Flüssigkeit 32, die hier gleichzeitig als Rückzündungsschutz dient. Mit einem ersten Flansch 22 ist der Glaszylinder 12 gasdicht mit dem Gassammeirohr 28 verbunden.

Der erste Signalstromkreis hat über das erste Relais in nicht dargestellter Weise eine über eine Leitung 19 angeschaltete Zündvorrichtung 17, z. B. einen Glühdraht, eingeschaltet. Ein brennbares aus dem Trichterrohr 14 entweichendes Gas, wird von der Zündvorrichtung 17 gezündet und verbrennt in dem über der Flüssigkeit 32 befindlichen Raum des Glaszylinders 12, in dem ein Thermokontakt 18 angeordnet ist, der auf die entstehende Verbrennungswärme anspricht und einen zweiten Signalstromkreis über die Leitung 20 einschaltet. Im zweiten Signalstromkreis kann ein zweites Relais angeordnet sein. Beide Relais wirken zusammen wie eine UND-Schaltung.

Das Ansprechen beider Relais ist z. B. das Kennzeichen für das Entweichen von Wasserstoff, gleichzeitig ist der verursachende Behälter, z. B. 25, identifiziert.

Eine auf einem zweiten Flansch 23 des Glaszylinders 12 der zweiten Stufe aufgesetzte Abdeckung 24 schützt vor Witterungseinflüssen.

Zur Förderung des Verbrennungsvorganges kann über ein gasdicht eingesetztes Rohr 21 Luft der Zündregion zugeführt werden. Das Rohr 21 dient gleichzeitig als Überlauf für die Flüssigkeit 32.

Die in Fig. 3 dargestellte unterirdische Behälteranordnung zum Aufbereiten von Warmwasser besteht aus drei Behältern 25; 26; 27. Die Behälter sind mit Deckeln 29; 30; 31 gasdicht verschlossen. Auf die Deckel 29 bis 31 sind Glaszylinder 1 aufgesetzt/die die erste Überwachungsstufe bilden und an die Gassammelleitung 28 gasdicht angeschlossen sind.

Die Gassammelleitung 28 besteht aus handelsüblichen Formglaselementen, die mittels Flanschverbindungen miteinander verbunden sind. Die Flanschverbindungen sind durch starke Striche gekennzeichnet.

Die Wasserelektrolyse spielt sich in einem Glasrohrsystem ab, das z. B. jeweils in den ersten beiden Behältern 25; 26 untergebracht sein kann, die mit Wasser 11 gefüllt sind. Bei der Wasserelektrolyse werden auf hier nicht näher zu beschreibende

Weise Wasserstoff und Sauerstoff getrennt entsprechend ebenfalls unter Wasser befindlichen Speichern zugeführt. In einer Brennkammer werden beide Gase verbrannt, und der entstehende Wasserdampf wird in den dritten Behälter 27 geleitet. Das darin befindliche Wasser 11 wird erwärmt und steht z. B. für Heizzwecke zur Verfügung.

Wird z. B. der erste Behälter 25 als gestört indentifiziert, so wird bei Austritt von Wasserstoff gleichzeitig durch das zweite Relais das zugehörige Elektrolysesystem von seiner Spannungsquelle abgeschaltet.

Tritt als Gas Sauerstoff oder Luft aus, so wird nur der erste Signalstromkreis wirksam. Das entsprechende Elektrolysesystem wird dann manuell abgeschaltet, um die Störung zu beheben.

Treten gefährliche Gasgemische aus, wie Sauerstoff/Wasserstoff oder Luft/Wasserstoff, so treten beide Signalstromkreise in der wie bei Wasserstoffaustritt beschriebenen Weise in Funktion.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Zweistufige Überwachungsanordnung für aus in abgeschlossenen Behältern befindlichen Flüssigkeiten entweichende brennbare oder explosive Gase, insbesondere für aus unter Wasser arbeitenden Wasserelektrolyse-Systemen entweichenden Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe jedem Behälterdeckel (29 bis 31) ein mit einem nach innen gestülpten Trichter (2) versehener Glaszylinder (1) gasdicht aufgesetzt ist und die Öffnung des zylindrischen Trichterrohres (3) im Innern des Glaszylinders (1) in eine vom Glaszylinder (1) umschlossene Flüssigkeit (10) mündet und von einem eingeschliffenen, einen ersten Signalstromkreis steuernden Ventilkegel (4) abgeschlossen ist und daß alle Glaszylinder (1) der ersten Stufe an ein Gassammeirohr (28) gasdicht angeschlossen sind an dessen offenes Ende als zweite Stufe ein mit einem nach innen gestülpten Trichter (13) versehener Glaszylinder (12) gasdicht angesetzt ist und die Öffnung des zylindrischen Trichterrohres (14) im Innern des Glaszylinders (12) in eine vom Glaszylinder (12) umschlossene Flüssigkeit (32) mündet und von einem eingeschliffenen Ventilkegel (15) abgeschlossen ist und daß in dem Glaszylinder (12) der zweiten Stufe über der Flüssigkeit (32) eine von der ersten Stufe gesteuerte Zündvorrichtung (17) sowie ein einen zweiten Signalstromkreis steuernder Thermokontakt (18) angeordnet sind.