DE4114529A1 - Sicherheitseinrichtung fuer eine kaeltetechnische anlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für eine mit einem gefährlichen Medium, insbesondere NH₃, gefüllte kältetechnische Anlage, die aus minde­ stens einem kompletten, einen Kältemittelkreislauf mit Verdampfer, Verdichter und Verflüssiger, sowie einen Antriebsmotor umfassenden Kälteaggregat be­ steht.

In den letzten Jahrzehnten hat die Verwendung von Fluorkohlenwasserstoffen als Kältemittel weite Ver­ breitung gefunden. Diese Kältemittel haben gute ther­ modynamische Eigenschaften, sind nicht gesundheits­ schädlich und geruchlos. Sie ermöglichen deshalb die Aufstellung von Kälteanlagen in Gebäuden, in denen sich viele Menschen aufhalten, wie z. B. in Wohnhäu­ sern, Hotels, Verwaltungs- und Betriebsgebäuden etc., beispielsweise zur Klimatisierung mit Wasser als Käl­ teträger.

Seit einigen Jahren ist bekannt, daß Fluorkohlenwas­ serstoffe die Erdatmosphäre stark schädigen, so daß ihre Anwendung nicht mehr vertretbar ist und wohl in Kürze mit einem absoluten Verwendungsverbot gerechnet werden muß.

Da Austauschmittel mit gleich guten thermodynamischen Eigenschaften nicht zur Verfügung stehen, vollzieht sich derzeit in der Kältetechnik ein Rückgriff auf das seit dem Ursprung der Kältetechnik verwendete Ammoniak. Wegen seiner Giftigkeit erfordert Ammoniak besondere Sicherheitseinrichtungen, um einen Austritt von Ammoniak in die Umgebung zu verhindern. Mit Ammoniak betriebene Anlagen dürfen deshalb auch grundsätzlich nicht im Bereich von Wohngebieten be­ trieben werden, weshalb ihr Einsatz z. B. für viele Supermärkte oder Gastronomieeinrichtungen nicht zu­ lässig ist.

Es besteht somit Bedarf an Einrichtungen, welche Sicherheit gegen das Entweichen von Ammoniak aus mit Ammoniak betriebenen kältetechnischen Anlagen bieten.

Aus der DD-PS 2 51 605 ist eine Sicherheitseinrichtung an einer Kälteanlage mit Wasser als Kälteträger und Ammoniak als Kältemittel bekannt. Sie verfolgt den Zweck, bei inneren Undichtigkeiten und Beschädigungen in den Kälteträger übertretendes Ammoniak festzustel­ len und als Reaktion darauf den Kälteträgerfluß zu unterbrechen. Gegen das Austreten von Ammoniak nach außen, etwa beim Bruch einer außenliegenden Rohr­ leitung bietet diese Sicherheitseinrichtung keine Sicherheit.

In der Kleinkältetechnik ist es bekannt, den Kom­ pressor und den Motor, sowie gegebenenfalls auch den Kondensator mit einer Kapsel zu umgeben, aus der die Anschlußleitungen zum Verdampfer herausführen. Auch bei einer solchen Anordnung kann der Austritt des Kältemittels in die Umgebung nicht verhindert werden, wenn eine der Leitungen zwischen Kapsel und Verdamp­ fer bricht, so daß die Kapsel nicht als Sicherheits­ einrichtung gegen den Austritt des gefährlichen Käl­ temittels dienen kann.

Es ist bekannt, zur Absorption von Ammoniak eine Flüssigkeit zu verwenden, die große Mengen Ammoniak aufnehmen kann, wobei jedoch besondere Probleme auf­ treten, wenn das Ammoniak aus einem Gemisch von Luft und Ammoniak abgetrennt werden soll, wie es beim Austreten von Ammoniak aus einem Kälteaggregat anzu­ treffen ist. Man kann hierzu mehrstufige Wasservorla­ gen einsetzen, die von dem Luft-Ammoniak-Gemisch durchströmt werden. Die erforderlichen Einrichtungen sind aufwendig und insbesondere bei nicht stationären Kälteaggregaten nur schwer unterzubringen. Bei Käl­ teaggregaten in Transportfahrzeugen lassen sie sich wegen der Neigungen und Beschleunigungen kaum ver­ wirklichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, aus den vorstehend genannten Gründen eine Sicherheitseinrichtung für Kälteaggregate mit Ammoniak als Kältemittel zu schaf­ fen, die sich mit relativ geringem Aufwand verwirkli­ chen läßt und insbesondere auch für kleinere Kälteag­ gregate und Kälteaggregate in Transportfahrzeugen geeignet ist, den Austritt von Ammoniak oder anderen gefährlichen Kältemitteln in die Umgebung verhindert, die Bindung und Entsorgung des austretenden Kältemit­ tels ermöglicht, sowie raumsparend und wirtschaft­ lich die Sicherung mehrerer einzelner, zur einer kältetechnischen Anlage zusammengefaßter Kälteaggre­ gate ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Anlage gasdicht eingeschlossen ist, wobei die Umschließung nach dem im Störfall technisch möglichen Höchstdruck ausgelegt ist und aus der Umschließung die Anschlüsse für den Kälteträger, ein Kühlmittel, sowie elektrische Versorgung- und/oder Überwachungs- und/oder Steuerleitungen druckdicht nach außen geführt sind.

Der im Störfall zu erwartende Höchstdruck ergibt sich aus dem von der Umschließung umgrenzten Volumen, der Menge des innerhalb der Umschließung eingesetzten Kältemittels und den zu erwartenden Temperaturen. Sofern innerhalb der Umschließung mehrere Kälteaggre­ gate angeordnet sind, kann davon ausgegangen werden, daß gleichzeitig bei mehr als einem Aggregat auftre­ tende, zum Austritt von Ammoniak führende Störfälle äußerst unwahrscheinlich sind, weshalb bei der Be­ messung des Höchstdrucks nur die Ammoniakfüllung eines Aggregats zu berücksichtigen ist.

Eine mögliche Ausführungsform besteht bei kälte­ technischen Anlagen mit mehreren einzelnen Kälteag­ gregaten darin, daß die Umschließung eine alle Aggre­ gate einer Anlage umschließende Hülle umfaßt, wobei jedoch mit zunehmendem Volumen unabhängig vom zu berücksichtigenden Höchstdruck die Wandstärke der Hülle zunehmen wird, so daß es eine vorteilhafte Ausgestaltung darstellt, daß die Umschließung die Aggregate einer Anlage gruppenweise umschließende Hüllen umfaßt.

Eine besonders zweckmäßige Gestaltung besteht darin, daß die Umschließung jeweils ein Aggregat umschließende Hüllen umfaßt, weil dadurch einerseits die Hüllen mit den geringsten Wandstärken ausgeführt werden können und außerdem die einzelnen Aggregate je nach Bedarf in unterschiedlicher Zahl zu kältetechni­ schen Anlagen zusammengesetzt werden können.

Um den Innendruck nicht zu hoch ansteigen zu lassen, wird bei großen Kälteaggregaten mit einer entspre­ chend großen Füllmenge des Kältemittels die Hülle ein relativ großes Volumen und dementsprechend große Wandstärken aufweisen müssen. Um dies zu vermeiden, besteht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, daß der Innenraum der Hülle mit einem für den gleichen Druck ausgelegten Aufnahmebe­ hälter verbunden ist, wodurch die eine große, druckfeste Hülle durch zwei kleinere Druckbehälter ersetzt wird, was wirtschaftlicher ist.

Weil im Störfall nur damit gerechnet werden muß, das Kältemittel aus einem Aggregat einer Anlage in der druckfesten Umschließung aufnehmen zu müssen, ist es bei einer mehrere Hüllen aufweisenden Anlage zweck­ mäßig, die Innenräume dieser Hüllen miteinander zu verbinden, wodurch das von den einzelnen Hüllen umschlossene Volumen reduziert werden kann. Hierbei ist es ebenfalls vorteilhaft, daß allen Hüllen ein gemeinsamer, mit ihnen verbundener, für den gleichen Druck ausgelegter Aufnahmebehälter zugeordnet ist.

Sofern bei nicht stationären Kälteaggregaten ein häufig wechselnder Einsatz in variablen Kombinationen zu erwarten ist und jedem Aggregat eine gesonderte Hülle zugeordnet ist, ist vorzugsweise jede Hülle mit einem für den gleichen Druck ausgelegten Aufnahmebehälter verbunden.

Nach einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung ist jede Hülle ein verschließbarer, zylindrischer Druck­ behälter. Ein solcher Behälter kann bei kleinen Außenabmessungen im Störfall die auftretenden Drücke sehr leicht aufnehmen. Gleichermaßen kann auch der Aufnahmebehälter ein verschließbarer, zylindrischer Druckbehälter sein.

Nach einer besonders zweckmäßigen Gestaltung kann der Aufnahmebehälter mit einer auf das Kältemittel im Kältemittelkreislauf abgestimmten, ein Absorptions­ mittel enthaltenden Absorptionseinrichtung versehen sein.

Im Störfall kann das Absorptionsmittel nach der Auf­ nahme des Kältemittels aus dem Aufnahmebehälter ent­ fernt und der Entsorgung zugeführt werden.

Anhand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung wird diese näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer kälte­ technischen Anlage mit zwei kompletten, ein­ zeln umhüllten Kälteaggregaten und einem gemeinsamen Aufnahmebehälter,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eines einzelnen Kälteaggregats mit Hülle,

Fig. 3 ein einzelnes Kälteaggregat mit Hülle und Aufnahmebehälter,

Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer kältetechnischen Anlage mit zwei Käl­ teaggregaten in einer gemeinsamen Hülle und mit einem Aufnahmebehälter und

Fig. 5 eine kältetechnische Anlage mit vier Kälteag­ gregaten in zwei Gruppen und mit einem Aufnahmebehälter.

Zur Vereinfachung der Darstellung wird nur in Fig. 1 ein Kälteaggregat detailliert, im übrigen aber nur symbolisch dargestellt. Gleichermaßen werden die aus den Umschließungen herausführenden Leitungen für das Kühlmittel und den Kälteträger, sowie die Gesamtheit der elektrischen Versorgungs-, Steuer- und Überwachungsleitungen nur außerhalb der Umschließungen dargestellt, nicht aber ihre Fortsetzung und Ver­ teilung innerhalb der Umschließungen.

In Fig. 1 umfaßt eine kältetechnische Anlage zwei komplett ausgestattete Kälteaggregate 10, deren jedes von einem Druckbehälter 12 mit abnehmbarem Deckel 14 umschlossen wird. Die Innenräume der Druckbehälter 12 sind durch Verbindungsleitungen 16 und 18 untereinan­ der und mit einem ebenfalls als Druckbehälter ausge­ führten Aufnahmebehälter 20 verbunden. Das Gesamtvo­ lumen des durch die Druckbehälter 12 und den Aufnah­ mebehälter 20 mit den Verbindungsleitungen 16 und 18 gebildeten Umschließungssystems ist so bemessen, daß beim Austreten der Kältemittelfüllung eines Kälteag­ gregats 10 unter Berücksichtigung der maximal zu erwartenden Temperatur der Innendruck des Umschließungssystems einen vorgegebenen, der Auslegung der Umschließungssystems zugrundegelegten Höchstwert nicht überschreitet.

Der Ausgleichsbehälter 20 kann eine Absorptionsein­ richtung mit einem auf das verwendete Kältemittel, z. B. Ammoniak, abgestimmten Absorptionsmittel enthal­ ten, das nach einem Störfall und nach Bindung des ausgetretenen Kältemittels entnommen, entsorgt und ersetzt wird.

Die Druckbehälter sind jeweils mit gasdichten Durchführungen für den Kälteträgervor- und Rücklauf 22 bzw. 24, den Kühlmittelvor- und Rücklauf 26 bzw. 28 und insgesamt mit 30 bezeichnete elektrische Ver­ sorgungs-, Steuer- und Überwachungsleitungen versehen.

Die Fig. 2 zeigt ein einzelnes Kälteaggregat 10, das zum Einsatz allein oder in beliebiger Kombination mit anderen, gleichartigen Kälteaggregaten geeignet ist, ohne daß dem jeweiligen Einsatz entsprechende zusätz­ liche Sicherheitseinrichtungen erforderlich werden. Das Kälteaggregat 10 ist deshalb von einem Druckbe­ hälter 12 umschlossen, der zur Aufnahme der Kältemit­ telfüllung des Aggregats bei den angenommenen Stör­ fallbedingungen ohne Überschreitung des zulässigen Höchstdrucks geeignet ist.

Die Fig. 3 zeigt ebenfalls ein einzelnes Kälteaggre­ gat 10 mit einer druckdichten Umschließung, die je­ doch aus einem das Aggregat 10 umschließenden Druckbehälter 10 und einem mit diesem über eine Leitung 18 verbundenen Aufnahmebehälter besteht. Weil sich das erforderliche Volumen auf beide Behälter verteilt, können statt eines großen Behälters zwei kleine Behälter verwendet werden, was wirtschaftli­ cher ist.

Die Fig. 4 zeigt eine Variante der in Fig. 1 gezeigten Anlage, bei der beide Kälteaggregate 10 gemeinsam von einem Druckbehälter 112 umschlossen werden, der mit einem Aufnahmebehälter 20 verbunden ist. Dies wird allen Sicherheitsanforderungen ge­ recht. Sofern nicht eine besondere Situation am Einsatzort für diese Variante maßgeblich ist, wird die Anordnung nach Fig. 1 vorzuziehen sein.

Lediglich beispielsweise sei noch eine Anlage mit vier Kälteaggregaten 10 in Betracht gezogen. Eine solche Anlage kann durch Erweiterung der in Fig. 1 gezeigten Anlage um zwei weitere, jeweils ein Kälte­ aggregat 10 enthaltende Druckbehälter 12 gebildet werden, es können aber auch - wie in Fig. 5 gezeigt - zwei Anlagen der in Fig. 4 gezeigten Art zusammenge­ faßt werden, wobei jedoch nur ein einziger Aufnahme­ behälter 20 erforderlich ist.

Sofern auf einen Aufnahmebehälter 20 verzichtet wird, kann auch innerhalb des Druckbehälters 12 bzw. 112 ein Absorptionsmittel vorgesehen werden.

Claims (11)

1. Sicherheitseinrichtung für eine mit einem gefährlichen Medium, insbesondere NH₃, gefüllte kältetechnische Anlage, die aus mindestens einem kompletten, einen Kältemittelkreislauf mit Verdamp­ fer, Verdichter und Verflüssiger, sowie einen An­ triebsmotor umfassenden Kälteaggregat (10) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage gasdicht ein­ geschlossen ist, wobei die Umschließung (12; 112) nach dem im Störfall technisch möglichen Höchstdruck ausgelegt ist und aus der Umschließung die Anschlüsse (22-30) für den Kälteträger, ein Kühlmittel, sowie elektrische Versorgungs- und/oder Überwachungs- und/oder Steuerleitungen druckdicht nach außen ge­ führt sind.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Umschließung eine alle Aggregate (10) einer Anlage umschließende Hülle (112) aufweist. (Fig. 4)

3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Umschließung die Aggre­ gate (10) der Anlage gruppenweise umschließende Hül­ len (112) aufweist. (Fig. 5)

4. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Umschließung jeweils ein Aggregat (10) umschließende Hüllen (12) aufweist.

5. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum der Hülle (12; 112) mit einem für den gleichen Druck ausgelegten Aufnah­ mebehälter (20) verbunden ist.

6. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenräume der Hüllen (12; 112) miteinander verbunden sind.

7. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß allen Hüllen (12; 112) ein ge­ meinsamer, mit ihnen verbundener, für den gleichen Druck ausgelegter Aufnahmebehälter (20) zugeordnet ist.

8. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hülle (12) mit einem für den gleichen Druck ausgelegten Aufnahmebehälter (20) verbunden ist.

9. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hülle (12; 112) ein verschließbarer, zylindrischer Druckbe­ hälter ist.

10. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprü­ che 5, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter (20) ein verschließbarer, zylindri­ scher Druckbehälter ist.

11. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprü­ che 5, 7, 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter (20) mit einer auf das Kältemittel im Kältemittelkreislauf abgestimmten, ein Absorptionsmit­ tel enthaltenden Absorptionseinrichtung versehen ist.