DE2917853A1

DE2917853A1 - Gasabzugschrank mit belueftungsschleier und ablufteinrichtung

Info

Publication number: DE2917853A1
Application number: DE2917853A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Hilbers
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-05-03
Filing date: 1979-05-03
Publication date: 1980-11-06
Also published as: DE2917853C2

Description

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P 29 17 B35.B ^

Gaaabzugschrank mit Belüftungsschleier und Ablufteinrichtung

Bisher wurde meist nach dem Prinzip der Lüftung von Gasabzugschränken im Zusammenhang mit der Raumlüftung im chemischen Labor gearbeitet. Das v/ollgeöffnete Visier des GasabzugschrankeB (Gasebzugschrank im folgenden = G.A. genannt) zwingt zu einer Zuluftgeschwindigkeit in der G.A.-Arbeitsöffnung von ca. 0.2 m/sec. ülird diese Geschwindigkeit unterschritten, so ist das Austreten von Schadgssen durch die Arbeitsöffnung zum Raum hin nicht zu vermeiden. Die Bedienungsperson Bm G.A. wird von diesem Gasaustritt belästigt und gesundheitlich geschädigt. Die Geschwindigkeit der Zuluft in der Arbeitsöffnung zwingt jedoch zu einem verhältnismässig hohen Raumluftwechsel und zur Busreichenden Beheizung , die bub Beheglichkeitsgründen im Temperaturbereich von 22 - 2**° C. einzuhalten ist. Der Gedanke, die Zuluft ohne den Zwischenweg - Raumluftab- luft - direkt dem G.A. zuzuführen, ist anzustreben, um die kostspielige Aufheizung ganz oder teilweise entfallen zu lassen.

Eine Stufsnheizung von Aussentemperatur bis + 5° oder 8° C. wäre ausreichend.

Die verschiedenen bekannten Systeme der Luftführung im G.A. mit dem V/ergleich zur hier beschriebenen Neukonstruktion sind im Bild (1) dargestellt..

Beispiel A)

Düsenströmung nach unten. Infolge der Kompressirnilität der Luft erfolgt ein federnder Aufprall und eine unkontrollierbare Ausweitung mit dem Nechteil, das Schadgas nach Bussen tritt.

Beispiel B)

ist versucht worden und zeigt den Nachteil, daß der Luftkern mit der Auswirkung wie unter A) teilweise Abgase über die obere Kante nBch Bussen läßt.

Beispiel C)

Die Ausführung nach hier beschriebener Neukonstruktion. Dbs G.A.Innere reicht bis zur Raumdecke. Bei den vorhandenen Konstruktionen wird der obere Raum meist nicht benutzt. Die federnde Wirkung des

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-²- 2917353 \^;.._

LuftkernB wirkt sich im geschlossenen Teil dEs pyramidenartigen Schrankoberteiles aus, ohne daB der Austritt nach Bussen erfolgen kann.

Beispiel D)

Meist bekannte Konstruktionen, bei denen relativ hohe Luftgeschwindigkeiten in der Arbeitsöffnung .meist fehlerhafte Austritte nach vorne verhindern, jedoch wegen des hohen Energieeinsatzes eis unwirtschaftlich zu bezeichnen sind.

Beispiel E)

Eine IUftungsverbesserte.Konstruktion, die jedoch behaglich erwärmte Zuluft benötigt. Versuche beweisen, daB eine Geschwindigkeit von ca. 0,2 m/sec. bei Vollöffnung nicht unterschritten werden darf. (Versuchskurve der Firma üJaldner KG₁ (dangen /Allgäu).

Anordnung und Versuche der Firma Idaldner, tdangen/Allgäu.

Bei voll geöffnetem Visier, als freier Arbeitsöffnung von 1.ί»0 χ 0.90 m ist Sicherheit gegen Rücktritt der Schadgase in dem Raum vorhanden, wenn die Luftgeschwindigkeit nicht unter 0.2 m/sek. absinkt.

Verschiedene Methoden der Zuluftführung im G.A. sind in der vergangenen Zeit ausgeführt worden. Des Problem der Luftführung ist nicht immer optimal geklärt worden und führte bisher dazu,deB eine einwandfreie Abtrennung zwischen G.A. und Raum nicht ohne weiteres zustande kam.

Die neue Konstruktion berücksichtigt diese Erfahrungen. (Bild 2)'

Ein Zuluftschleier wird von der Vorderkante der Tischplatte (A) senkrecht nach oben geführt. Es wird beachtet, daß der Auslauf der Strömung in den oberen Raum des Gasabzuges gelangt und dort langsam zur Ruhe kommt und gemMB den Strömungserfahrungen bei Hochdruckklimaanlagen im Raum wieder nach unten fällt. Die in den AusströmdUsen (A) nach oben führende Zuluft bildet einen Luftschleier vor der Arbeitsöffnung. Die Führung der Zuluft zu den Ausströmdüsen (A) erfolgt in den ExpansionsrBum (L) unter der Tischplatte des G.A. Die an dieser Stelle angeordneten Rohrlei-

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Ii

") Ο f. 7 Q C 'J j NACHGEREICHT jnhen durch ziiieckmä"s

tungen zur Führung von Wasser und Gas könTien durch zuieckmassige Abbiegung unterhalb von (L) installiert werden. (Bild 2).

Es ist möglich, die Ausströmdüsen so zu verstellen, daß die Luftstrahlrichtung verändert oder abgestellt wird. Auch kann der G.A. nach beschriebener Konstruktion verändert werden, indem die Seitanteile in der gleichen Weise wie des vordere Visier geöffnet werden. Es wären in einem solchen Falle Seitendüsenreihen (A) anzubringen.

Die Vorderfront sowie die Seitenteile und der Unterbau des G.A. werden gegenüber den vorhandenen Typen auf dem Markt nicht verändert. Damit sind die üblichen Aussenstandardformen und Abmessungen, wie sie in der DIN 12 92** angegeben, eingehalten.

Die Zuluft wird durch eine Zweitdüsenreihe (B) oberhalb der Arbeitsöffnung erneut mit Luft angereichert und erhält wiederum Auftriebsenergie. (Bild B + 9).

Die Schadgase im G.A. werden vom Luftschleier infolge Induktion mitgerissen und führen, wie gewünscht, in den Abkippraum.(C) Bild

Die Abluft, bestehend aus der o.a. Zuluft mit Schadgasen gemischt, gelangt in den Auffangkorb (D). Eine Zerstäubungseinrichtung (E) benetzt die Abluft im Auffangkorb, reinigt sie, verhindert unter Umständen die Explosion von Abgasen, da diese, ähnlich wie bei Perchlorabzügen, mit Wasser stark befeuchtet werden. Nach Durchtritt durch diese Benetzungszone wird die Abluft bei (F) abgesaugt.

Die schw'eren Schadgase im G.A., direkt über der Tischplatte, werden durch Untenabsaugungsvorrichtungen entnommen. (G)

Der G.A. enthält gemäß der DIN 19 92** eine Explosionssicherung im Schrankoberteil (H). Diese besteht aus vergitterten Öffnungen und einer dichten Abdeckung aus nicht brennbarer Folie (etwa Alufolie).

Tritt ein plötzlicher Explosionsdruck im Gasabzug auf, so werden die Öffnungen (H) herausgerissen und die Druckwelle kann sich im anschließenden Expansionsraum fortpflanzen und entspannen. (Bild 3).

Die Benetzung der Abgase erfolgt durch Flüssigkeit. Vorwiegend wird Wasser verwendet. Bisher waren die AbsBugekanäle mit Berieselunge-

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anlegen von ■ .'ssen her kaum zu kontrollieren. (Nur in der Rückwand installiert). War eine Berieselung nicht in Betrieb, so führte der Trockenzustand in vielen nachweisbaren Fällen zu Explosionen.

Im vorliegenden Falle befindet sich dahei Benetzen, auch Bas-BuswBschung genannt, im Rauminneren dee G.A. Das ablaufende ülaschwasBer fließt über eine Ablaufdüse so im freien Fall zum Ablauftrichter und weiterhin zur Sgureabuasserkanalisation. Der freie Fell verursacht daB Aufplätschergeräusch./ Dieses Geräusch und die Sichtkontrolle der Vorrichtung (J) gestattet den Bedienungspersonen eine ziemlich sichere Kantrolle über die gewünschte Berieselung. (Bild U).

Die Wasserbenetzung im Auffangkorb ermöglicht weiterhin eine adiabatische Abkühlung biif Wassertemperatur. Das Abgas wird in seinem Volumen reduziert. Es entsteht dadurch ein zusätzlicher Unterdruck, der zur Verbesserung der Absaugefunktion im Auffangkorn (D) führt. Der G.A. ist gegenüber den üblichen Konstruktionen in der Praxis besonders raumhoch ausgeführt und besitzt zur Kuppel hin eine konische Verjüngung nach allen Seiten. Hierdruch wird der Abluftstrom zwangsgeführt und verhindert, daß der Rückfall des Abgases in den unteren Raum des G.A. möglich ist.

Die Zuluft führt über 2 Expansionskammern (L + K) zu den Ausströmdüsen (A + B). Die Mengenregulierung.· der Düsenreihe (A + B) geschieht durch Handmengenversteller.

Die beschriebene Zulufteinrichtung ermöglicht den Lüftungsbetrieb im G.A. mit wesentlich geringerer Luftmenge.

Zum Bild (6)

Es wird ein praktisches Betriebsschema erläutert. Der Zuluftschleier von A aus füh'rt die Treibluft von 100 m³/h und der Zuluftschleier bei B die Treibluft von BO m /h in den G.A. Durch Injektion werden vom Raum her 100 m /h zugeführt, die teilweise dem Gasbrenner und teilweise durch Unterdruckwirkung im G.A. erforderlich werden. Angenommen wird der Heizgasverbrauch von 2 Bunsenbrennern mit Luftbedarf im Verhältnis 1 : 6 Teilen (Angabe

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aus Tabelle der Firma Kromschräder). Die SchadgBse ujerden zu je 50 m /h durch die Untenabsaugung bzw. durch Injektion abgeführt.

Der Gesamtwert der Abgasmenge beträgt für diesen praktiachen Betrieb9fall berechnet: 3BO m /h.

Demgegenüber ist bei gleichem Modul des G.A. (TischlBnge 1.55 m) und Länge und Höhe der freien Arbeitsöffnung .1.W] χ 0.90 m eine Zuluft gemäB dem Versuchsergebnis der Firma tdaldner (Bild 1 E) von "..40 χ 0.90 χ 0.2 (m/sek.) χ 3600 = 1230 m /h notwendig, sofern der Rücktritt des Schadgases in den Raum vermieden werden aoll. Die DIN 12.924 gibt mit UDO m /h einen wesentlich niedrigeren Uiert an, der jedoch den Versucheergebnissen üJaldner nicht der Sicherheitsforderung entsprechen kann.

Der Vergleich der jeweiligen Luftleistung und Luftwärmev/erbrauches gemäß Bild 1 C und 1 E zeigt folgendes:

Bild Luft ays dem Raum m /h

eigene,Zuluft im Abluft,aus dem G.A, m /h G.A. m /h

1 C

200

IBO

3BO

1 E

1230

Uärmeenerqie	= υ	^{= c}p	. (t	i "	V	210B	kcal/h
Q	c)	200	. 0.	31	. 34 =	1116	Il
1		IBO	. 0.	31	, 20 =	3224	kcal/h
						12964	kcal/h
		1230	. 0.	31	. 34 =
1

V = Luftmenge m /h t.j= B Grad C t = - 12 Grad C

22 Grad C.

c = Beiwert kcal/m /h P

Bild	bJärme aus Raum kcal/h	üJärme Zuluft des G.A. kcal/h	Gesamt kcBl/h
1 C	210B	1116	3224
1 .E	12964	-	12964

Ergebnis:

Die Konstruktion des G.A. nach Bild 1 C) ermöglicht eine Einsparung

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-⁶" 2917353 luftseitig von ca. 220 %, |

und eine Einsparung wärmeseitig von ca. 300 %. %

Die deutlichs Verringerung der Luftleistung führt zu der geringe- | ren Dimensionierung deB mit dem G.A. verbundenen Lüftungssyetemes». UMhrend die PraxiB bishtr Abluftanlagen zur Absaugung des G.A. im ft

Niederdruck-Luftsystem verwendet ( es werden vnrnBtnlich Vierkantkanale aus Kunststoff nder Steinzeug benutzt) ist nunmehr die Anwendung des HochdruckluftsystEmeB in Lüftüngsrohrleitungen realisierbar. Hierbei werden die Gesichtspunkte, die aus dpr Hocljdruckklimatechnik bekannt sind, angewendet. Die geringe Luftleistung und die Vergrösserung der Luftgeschwindigkeit im Luftkanalsystem ermöglicht leicht die Verwendung von extrudergeformten Kunststoffrohren.

Beispiel: Luftgeschwindigkeit im Rohr: B tn/sek.

( im Anfang, zum Ventilator hin ist höhere Geschwindigkeit vorgesehen).

Luftleistung: 380 m /h Lösung: 118 mm 0 ; aufgerundet 125 mm Rohrdurchmesser

Rohrverbindunyen, Formstücke, sind beispielsweise im Kunststoffprogramm für diesen Bereich der Nennweiten strömungstechnisch vorteilhaft hergestellt; sie werden maschinell geformt und sind in der Beschaffung relativ billig. Das Hochdrucklüftungsprinzip ist in der Berechnungsmethode der Rohrwiderstände hoch entwickelt und durch EDV-Programme erfassbar (Hierzu EDV-Berechnung der Firma Rox, Köln.) Es lassen sich auch Mehrfach- Zu- und Abluftsysteme ausführen.

LOftunqstechnlsehe Anlage

Entgegen dem vorhandenen Prinzip der Lüftungsanlagen für die Absaugung von G.A. soll nunmehr ein Doppelventilator mit einem gemeinsamen Antriebsmotor Zuluft und Abluft gleichzeitig pfzeugen. Bild 5) Die vorhandenen Niederdrucksysterne, bei denen Zuluft getrennt von der Abluft, jeweils durch Ventilatoren erzeugt werden, haben einen Gesamtwiderstand durch Luftkanal, G.A., Filter usw.

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von ca. 6 mbar aufzubringen. ( Praktische Erfahrungswerte). Durc-h die Anwendung des Hochdruckprinzipes erhöht sich der Gesamtuiiderstand auf ca. 12 mbar. Dieses iBt jedoch unter Einbezug der Tatsache zu betrachten, daß sich die Luftieistung um ca. 70 % verringert. Die Antriebsleistung des Ventilators uiird daher im Falle Hochdruck nur geringfügig vergrössert.

Es ist von Fall zu Fall erforderlich, daß die Zuluft gefiltert, erwärmt oder vielleicht feuchtemässig behandelt uierden muß. Solche Aufbereitungsanlagen (Bild 5) können nach Bedarf in das System einbezogen werden. Auch kann die ZulufteruiMrmung durch zurückgewonnene Wärme im Verbund mit anderen Energiesystemen vorgenommen werden. Die verschiedenen Möglichkeiten sind aus der Tech nik bekannt.

Sicherheltsanlaqe im G.A.
gemäß DIN 1292«*.

Beim Bau der GBsabzugschränke ist eine Sicherheitsanlage gegen

explosive . Verpuffung vorzunehmen. Die vorgesehenen Berstabdeckungen (H) im G.A. lassen die entstandene Druckwelle passieren. Zweckmässig ist daher die Anordnung eines Verpuffungsschachtes im Laborgebäude, unmittelbar in Verbindung mit dem G.A. (Bild 10). DerSacht ist zuieckmässigermeise mit einem offenen

ί Dechaustritt auszuführen. Die Frage nach den notwendigen Maß-

j nahmen der Brarvdsicherheit läßt sich In diesem Falle nicht mit

Brandsicherheitsklappen lösen, denn solche Einrichtungen sind schwerfällig und behindern dia gewünschte Lenkung der Verpuffung

> nach aussen, Bekannt sind jedoch Lösungen zur Erreichung der

Brandsicherheit mittels Sprinklerdüsen,im Verpuffungskanal ange-

f ordnet. Hierdurch wird der Fortfall der Brandsicherheitsklappe

'i vonseiten der Brandsicherheitsbehörde meist akzeptiert.

Lüftung Im Laborraum

Dieselbe sollte unabhängig von den Lüftungsanlagen des G.A. betrieben uerden.

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~^B~ 2 9 I 7 U 5 O I NACHQEREICHT

Die in den VDI-Richtlinien 2052 genannte Oben- und Untenansaugung des LBborraumes uöre dahsr unabhängig vom G.A. in das Raurnlüftungssystem einzuordnen.

Darstellungen in Bild 2 A) Ausströmdüse, unten B) Ausströmdüse oben C) Abkippraum D) Auffangkorb E) Zerstäubungseinrichtung F) Benetzungszone

G) Untenabsaugevorrichtung H) Berstöffnungen

I) lilassersichtkontrolle

K) Zuluftexpensionskammer oben L) ZuluftexpBnsionskammer unten M) Beleuchtung

N) Visier

0) Arbeitsöffnung

P) Medienbedienung Bild 1) Vergleich der bekannten Gasabzugschrankkonstruktionen Bild 2) Gasabzugschrank mit 2 Injektorluftschleier Bild 3) Berstvorrichtung Bild Ό UasserkonstroilanlBge Bild 5) Lüftungsanlage des Gasabzugschrankes Bild 6) Scheme der Luftbilanz Bild 7) Luftströmng im Gasabzugschrank Bild B) Schnitt vertikal - Injektor B (oben) Bild 9) Schnitt horizontal - Injektor B (oben) Bild 10) Verpuffungsschema Bild 11) Vergleich - Laborluft - neu/alt Bild 12) Ausströmdüse -A- BiId 13) Räumliche Darstellung des Gasabzugschrankes

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Claims

P 2917 835.8

NACHGEREICHT

Patentansprüche

Gasabzugschrank mit Belüftungsschleier und Ablufteinrichtung

1) Gaaabzugschrank für chemische Laborarbeiten und ähnliche Arbei-

f. ten unter Lüftungskontrolle ausgeführt nach dem Lüftungsprinzip

ν der Tischausströmdüse in Verbindung mit der über der ArbeitB-

jif öffnung angeordneten zweiten Ausströmdüse zum Zwecke einer Luft-

% schleierabsperrung.

2) Gasabzugschrank wie vor mit besonderem hohen bis zur Raumdecke

Ii reichenden Innenraum, der eich allseitig nach oben verjüngt,

;| dedurch das Busschwingende Abgas in einem genügend großen aber

begrenzten BeruhigungsrBum hält und in den vorgesehenen Auf-

fangkorb einleitet.

3) GasEbzugschrank wie vor mit Luftschleier, erzeugt mit geringer Luftmenge und wärmesparendem Temperaturaufwand, welche besonders für die Belüftung des Gasabzugschrankes aufbereitet tuird.

t») Gasabzugschrank wie vor mit Auffangkorb für die Abführung der Abgase - Schadgase - und einer zusätzlichen Gasauswasch-, Kühl-Idasserlöscheinrichtung innerhalb des zugänglichen Bereiches des GBsabzugschrankinneren.

5) Gasabzugschrank wie vor mit Berstabdeckungen, bestehend aus einem aufgeklebten nichtbrennbaren Bezuges, der aus Pepier, z.B. Aluminium, erstellt ist und nach Gebrauch leicht zu ersetzen ist. -

6) Gasabzugschrank wie vor mit besonderem eigenen Zu- und Abluftsystem, das nach dem Prinzip - Lüftung mit hoher Geschwindigkeit - und Z Ventilatoren mit einem Antriebsmotor, derselbe mit 2 ülellenenden zu- und abluftseitig gemeinsam angetrieben wird.

7) Gasahzugschrank wie vor, der für die Abluftführung im Schrankinneren den vollen Bereich bis zur jeweiligen Raumdecke ausnutzt und sich auch für Tiefabzüge oder Gasabzugschränke mit aufnehmbaren Seitenvisieren eignet.

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2917 3 53 l ^r ACHOEREICHT

B) GasBbzugschrank ujie vor, als besonders Bichere Anlage gegen Unfall, ausgeführt zum Schutz gegen V/erpuffungsauswirkung gegen die Bedienungspersonen durch den Anschluß der Berstöffnungen Bn den bauseitig vorgesehenen Verpuffungskanal.

9) Gasabzugechrank wie vor, dessen Auffangkorb durch Füllen mit Gaswaschkörper, Schikanen usw. als Gasuiaschraum zur adsorption der Schadgase verwendet werden kann.

10) Gasabzugschrank wie vor, der sowohl im chemischen Lebor als euch für andere Arbeitszwecke wie Pharmaproduktion, Feinmechanik, Elektronik, Bautechnik usw. geeignet ist.

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