DE4223497A1

DE4223497A1 - Luftgekühlte NH¶3¶-Kälteanlage

Info

Publication number: DE4223497A1
Application number: DE19924223497
Authority: DE
Inventors: Heinz Friedrich; Eberhard Wobst; Guenter Hommann; Horst Andersch; Eckehard Frauendorf; Manfred Nowotnick; Herbert Kripfgans
Original assignee: ILKA LUFT und KAELTETECHNIK GM
Current assignee: ILKA LUFT und KAELTETECHNIK GM
Priority date: 1992-07-17
Filing date: 1992-07-17
Publication date: 1994-01-20

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine luftgekühlte NH₃-Kälteanlage, bestehend aus Verdichter, Kondensator und Verdampfer mit integrierten Sicherheitselementen, insbesondere für Kühlzellen.

Stand der Technik

Bei Verwendung von NH₃ als Kältemittel, zwecks Ablösung der umweltschädlichen Fluorkohlenwasserstoffe, müssen Sicherheitsvorkehrungen gegen das Austreten von NH₃ getroffen werden. Dies wird z. B. in der EP 0451325 A2 durch ein gasdichtes Gehäuse um den Kältemittelkreislauf erreicht.

Diesen Anlagen haftet der Nachteil an, daß die Sicherheit gegen des Austreten von NH₃ aus der Kälteanlage in die Umwelt mit einem großen Aufwand betrieben wird.

Um die Wirkungsweise entsprechender Kälteanlagen zu verbessern und die Herstellung zu vereinfachen, wurde der Aufbau einer Kälteanlage in Containerbauweise vorgeschlagen (DE 35 04 128). Hierbei wird der Aufbau in mindestens zwei Abteile, getrennt durch eine wärmeisolierende Trennwand, vorgeschlagen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, eine luftgekühlte NH₃-Kälteanlage zu schaffen, die das Austreten von NH₃ aus dem Gehäuse der Kälteanlage weitestgehend verhindert und in der die Füllmenge von NH₃ als Kältemittel stark minimiert ist und umfassende Sicherheitselemente eingesetzt werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kälteanlage einen Verdichter besitzt, der innerhalb eines Gehäuses in einem Verdichterfach angeordnet ist. In diesem Gehäuse befindet sich noch der Kondensator in einem Kondensatorfach. Beide Fächer sind durch eine Trennwand voneinander getrennt. Durch eine Lufteintrittsöffnung im Verdichterfach kann Kühlluft für den Verdichter angesaugt werden. Das Kühl- und Abluftsystem ist dabei gleichzeitig als Sicherheitssystem der NH₃-Kälteanlage ausgebildet und hat folgenden Aufbau. Über ein Rohrsystem können die beiden Fächer des Gehäuses abgesaugt werden. Das Rohrsystem wird unterbrochen über einen vorzugsweise im Verdichterfach angeordneten Wasserbehälter geführt. Kurz vor dem Wasserbehälter befindet sich in dem Rohrsystem ein NH₃-Sensor und anschließend ein Wassersprühdüsensystem, welches bei NH₃-Signalisierung zu arbeiten beginnt. Gleichzeitig werden bei NH₃-Signalisierung die im Kondensatorfach befindlichen Jalousien an den Luftein- und Luftaustrittsöffnungen geschlossen und der Verdichter und der Kondensatorlüfter werden abgeschaltet. Aus dem Wasserbehälter wird die Abluft weiter über das Rohrsystem an eine geeignete Stelle abgeführt. Den Lufttransport im Rohrsystem übernimmt ein Rohrlüfter, der an einer beliebigen Stelle, vorzugsweise am Austritt des Rohrsystems, angeordnet ist.

Der Wasserbehälter ist nicht vollständig mit Wasser gefüllt. Alle Luftein- und -austritte sind abgedichtet, um einen Austritt der Abluft in die Umwelt an dieser Stelle zu vermeiden. Der Wasserbehälter kann gleichzeitig als Entsorgungs- und Transportbehälter ausgebildet sein. Die Anordnung im Verdichterfach ermöglicht eine Freiaufstellung der Kälteanlage ohne Einfriergefahr durch die Arbeitstemperatur des Verdichters. Im Stillstand der Kälteanlage übernimmt eine Elektroheizung den Gefrierschutz.

Vor dem Kondensator im Kondensatorfach befindet sich eine oder mehrere Sprühdüsen zur Luftbefeuchtung mittels Wasser. Die Ansteuerung erfolgt mittels bekannter Druckwächter. Unterhalb der Sprühdüse befindet sich eine Auffangwanne mit einer Ableitung des Kühlwassers zum Wasserbehälter. Alle Sprühdüsen des Systems werden über bekannte Magnetventile und eine Pumpe betätigt. Die Pumpe saugt vorteilhaft das Wasser aus dem Wasserbehälter an. Es kann jedoch auch Frischwasser verwendet werden.

Im Kondensatorfach gegenüberliegende Öffnungen mit Jalousien ermöglichen eine Lüftung dieses Faches, unterstützt durch einen Kondensatorlüfter.

Zur weiteren Reduzierung der Kältemittelfüllmenge der NH₃-Kälteanlage wird vorzugsweise unter dem Kondensator ein Sammelrohr in geneigter Lage angeordnet. Dabei ist der Kondensatorausgang am höchsten Punkt mit dem Sammelrohr verbunden. Der Ausgang aus dem Sammelrohr wird nochmals durch den Kondensator durch vorzugsweise parallel verlaufende Rohre geführt. Der gesamte Kältemittelvorrat der NH₃-Kälteanlage befindet sich im Kondensator und im Sammelrohr.

Vorteilhafterweise kann an das Rohrsystem die Kältemittel- Flüssigkeitsleitung zum Verdampfer, sowie die Kältemittel-Saugleitung vom Verdampfer zum Verdichter mit angeschlossen werden. Dies wird durch eine kanalförmige Einhausung dieser Leitungen, z. B. durch eine spezielle Gestaltung eines Wandelementes der Kühlzelle, erreicht. Nach Möglichkeit werden alle Leitungsverbindungen und Steuerelemente, wie z. B. das thermostatische Einspritzventil in dieses Kanalstück verlegt und damit über den NH₃-Sensor auf Leckmöglichkeiten überwacht. Die NH₃-Kälteanlage ist weiterhin so aufgebaut, daß sich innerhalb des Kühlraumes keine lösbaren Verbindungen im Kältesystem befinden und somit die Möglichkeit von Leckstellen erheblich reduziert wird.

Bei einer Variante ohne Wassersystem bewirkt der NH₃-Sensor eine optische und/oder akustische Warnung, das Ausschalten der Kälteanlage, die Betätigung der Magnetventile zum Schließen der Jalousien und die Ableitung des Überdruckes bzw. die Entlüftung außerhalb des Gehäuses.

In der Normalvariante wird die Kälteanlage jedoch mit dem Wassersystem zur Bindung des NH₃ benutzt. Das Wassersystem wird daneben auch noch, wie schon teilweise beschrieben, zur Absenkung der Kondensationstemperatur bei hohen Lufteintrittstemperaturen im Kondensatorfach und zur Begrenzung des Kondensatordruckes in der Anfahrphase der Kälteanlage, wenn aufgrund hoher Kühlraum- bzw. Kühlzellentemperaturen hohe Verdampfungs- und damit hohe Kondensationsdrücke entstehen, benutzt.

Bei erfindungsgemäßer Ausführung wird durch die Umhausung neben einer guten optischen Gestaltung und Lärmdämmung vor allem der Austritt von NH₃ an unerwünschten Stellen an die Umwelt verhindert, obwohl bei erfindungsgemäßer Ausführung keine gasdichte Umhausung notwendig ist. Durch die Zwangsluftführung am NH₃-Sensor vorbei, wird eine sehr kurze Warnzeit realisiert. Die nach einem Havariefall im Wasserbehälter aufgenommene wäßrige NH₃-Lösung kann umweltfreundlich entsorgt werden. Die erfindungsgemäße Bauweise ermöglicht eine minimale Kältemittelfüllmenge mit ihren logischen Vorteilen. Gleichzeitig ermöglicht die erfindungsgemäße Ausführung die Nutzung des Wassersystems für Kühlzwecke. Mit der Trennung in Verdichterfach und Kondensatorfach kann nur das Kondensatorfach bei Bedarf beregnet werden. Damit ist die Isolation im Verdichterfach einfacher, der Schutzgrad kann vermindert werden und es besteht keine Korrosionsgefahr.

Beschreibung eines Ausführungsbeispieles

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 Seitenansicht der NH₃-Kälteanlage mit Verdichter- und Kondensatorfach;

Fig. 2 Vorderansicht der NH₃-Kälteanlage mit Verdichter- und Kondensatorfach;

Fig. 3 schematische Darstellung des Luftführungs- und Wassersystems der NH₃-Kälteanlage;

Fig. 4 schematische Darstellung einer Kühlzelle mit dem Gehäuse des Verdichter- und Kondensatorfaches einschließlich der kanalförmigen Einhausung der Leitungen und Rohrsysteme.

Die NH₃-Kälteanlage besteht aus einem luftgekühlten Verdichtersatz, bestehend aus einem Verdichter 23 und einem Kondensator mit Lüfter 24 und einem im Kühlraum bzw. in der Kühlzelle 26 befindlichen Verdampfer. Die NH₃-Kälteanlage ist mit dem Kältemittel Ammoniak (NH₃) gefüllt. Der Verdichter 23 und der Kondensator mit Lüfter 24 ist mit einem Gehäuse 17 umhaust und durch eine Trennwand 12 in ein Verdichterfach 18 und ein Kondensatorfach 19 geteilt. Das Kondensatorfach 19 ist mit den Luftein- und Luftaustrittsjalousien 21 und 22 versehen, die im Betrieb der NH₃-Kälteanlage zwangsoffen gehalten werden. Im Verdichterfach 18 befindet sich neben dem Verdichter 23 vorteilhaft ein Wasserbehälter 1 und eine Pumpe 8, sowie am Gehäuse 17 eine Lufteintrittsöffnung 25.

Die im Verdichterfach 18 entstehende Abwärme wird durch das Rohr 2 und 3 über den Wasserbehälter 1 und durch das Lüfterrohr 7 infolge der Arbeit des Rohrlüfters 5 ins Freie abgeführt. Gleichzeitig wird ein Teilluftstrom über die Öffnung 4 aus dem Kondensatorfach 19 mit abgesaugt und ins Freie befördert.

Tritt bei einem Havariefall an einer Stelle im Verdichterfach 18 oder im Kondensatorfach 19 NH₃ aus, so gelangt dieses durch die Zwangslüftung in kürzester Zeit an einen NH₃-Sensor 20 im Rohr 3. Dessen Signal führt neben optischer und akustischer Anzeige zum elektrischen Abschalten der Kühlanlage, Entriegeln der Zwangsoffenhaltung der Jalousien 21 und 22 und somit zum Schließen der Jalousien 21 und 22. Der Rohrlüfter 5 läuft ständig weiter, das Magnetventil 9 wird geöffnet, die Pumpe 8 läuft an und erzeugt über eine oder mehrere Sprühdüsen 6 Wassertropfenkegel mit geringer Tropfengröße und großer Wasseroberfläche. Beim Durchtritt des Luftstromes durch diese Wasserkegel wird das im Luftstrom enthaltene NH₃ vom Wasser gebunden und fließt in den Wasserbehälter 1 ab. Die von NH₃ befreite Luft strömt über das Lüfterrohr 7 und den Rohrlüfter 5 ins Freie.

Der Rohrlüfter 5 ist auch im Stillstand der NH₃-Kälteanlage im Betrieb oder kann durch ein Sensorsignal in Betrieb gesetzt werden, so daß auch dabei die Entsorgung gewährleistet ist.

Kann, bedingt durch den Aufstellungsort der NH₃-Kälteanlage und/oder durch die geringe, erforderliche Kältemittelfüllmenge, auf eine NH₃-Entsorgung mit Wasser verzichtet werden und NH₃ in die Luft abgeleitet werden, so entfällt das Wassersystem. Die anderen Sicherheitsvorkehrungen, wie Warnanzeigen und Schließen der Jalousien 21 und 22 bleiben erhalten.

Da NH₃-Austritt nur im Havariefall zu erwarten ist, wird die Wasservorlage im Wasserbehälter 1 noch zur Luftbefeuchtung vor dem Kondensator und damit zur Absenkung des Kondensationsdruckes bei hohen Umgebungstemperaturen genutzt. In diesem Fall wird über einen Druckwächter die Pumpe 8 in Betrieb gesetzt, das Magnetventil 10 geöffnet und über eine oder mehrere Sprühdüsen 11 eine Luftbefeuchtung durchgeführt. Der Wasserüberschuß wird in der Auffangwanne 13 gesammelt und über die Leitung 14 dem Wasserbehälter 1 zugeführt. Verdunstetes Wasser wird über einen Wasserzulauf und den Schwimmer 15 ersetzt. Dafür wird vorzugsweise Kondensat von der Verdampferabtauung verwendet.

In einer Ausführungsvariante nach Fig. 4 kann der Kühlraum 26 und die Kältemittel- und Tauwasserabflußleitungen 27 zwischen Kühlraum 26 und Verdichter 23 bzw. Gehäuse 17 mit in das NH₃-Entsorgungssystem einbezogen werden. Dabei wird ein spezielles Zellenelement bzw. Kanalstück 29 zur Einhausung aller Verbindungen und Leitungen 27, vom Gehäuse 17 zum Kühlraum 26, einschließlich des Einspritzventiles, des Zuluftkanales 28 und des Lüfterrohres 7 mit dem Rohrlüfter 5 benutzt. Bei NH₃-Austritt im Kühlraum 26 kann auch eine Entsorgung über das vorerwähnte Entsorgungssystem erfolgen.

Der Wasservorrat im Wasserbehälter 1 richtet sich nach der Kältemittelfüllmenge der NH₃-Kälteanlage. Unabhängig davon wird der Wasserbehälter 1 nicht vollständig mit Wasser gefüllt. Es wird ein Luftraum für die Durchströmung der Abluft durch das Rohrsystem benötigt.

In einer in den Zeichnungen nicht dargestellten Ausführungsvariante wird zur weiteren Reduzierung der Kältemittelfüllmenge der NH₃-Kälteanlage vorzugsweise unter dem Kondensator ein Sammelrohr in geneigter Lage angeordnet. Dabei ist der Kondensatorausgang mit dem höchsten Punkt am Sammelrohr verbunden. Der Ausgang aus dem Sammelrohr wird nochmals durch den Kondensator durch vorzugsweise parallel verlaufende Rohre geführt. Das Sammelrohr hat dabei vorzugsweise eine Größe, die der Kältemittelfüllmenge der NH₃-Kälteanlage entspricht.

Claims

1. Luftgekühlte NH₃-Kälteanlage mit Verdichtersatz, Verdampfer und integrierten Sicherheitselementen in einem mehrfach unterteilten Gehäuse, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- das Gehäuse (17) besteht aus einem Verdichterfach (18) und einem Kondensatorfach (19), getrennt durch eine Trennwand (12),
- das Kondensatorfach (19) besitzt zwei gegenüberliegende Öffnungen mit Jalousien (21) und (22) und einen Kondensator mit Lüfter (24),
- das Verdichterfach (18) und das Kondensatorfach (19) ist über ein Rohrsystem (2), (3) mit einer Öffnung (4) und ein Lüfterrohr (7) mit einem Rohrlüfter (5) ständig zwangsbelüftet.

2. NH₃-Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichterfach (18) eine Lufteintrittsöffnung (25) besitzt.

3. NH₃-Kälteanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) und (3) in einem Wasserbehälter (1) endet, wobei der Wasserbehälter (1) vorzugsweise im Verdichterfach (18) angeordnet ist.

4. NH₃-Kälteanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserbehälter (1) als Entsorgungs- und Transportbehälter ausgebildet ist.

5. NH₃-Kälteanlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohr (3) ein NH₃-Sensor (20) und kurz vor dem Wasserbehälter (1) mindestens eine Sprühdüse (6) mit einer Verbindungsleitung vom Wasserbehälter (1), einer Pumpe (8) und einem Magnetventil (9) vorgesehen ist.

6. NH₃-Kälteanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohr 3 zwei gegenläufig arbeitende Sprühdüsen (6) angeordnet sind.

7. NH₃-Kälteanlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Kondensatorfach (19) vor dem Kondensator eine Sprühdüse (11) angeordnet ist, unter der sich eine Auffangwanne (13) mit einer Leitung (14) zurück zum Wasserbehälter (1) befindet.

8. NH₃-Kälteanlage nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Jalousien (21) und (22) im Betrieb der NH₃-Kälteanlage zwangsoffen gehalten sind und im Havariefall durch nicht näher dargestellte Mittel geschlossen werden, die Lufteintrittsöffnung (25) im Betrieb und im Havariefall offen bleibt.

9. NH₃-Kälteanlage nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Lüfterrohr (7), die Kältemittel- und Tauwasserabflußleitungen (27) und der Zuluftkanal (28) durch ein Kanalstück (29) mit in das NH₃-Entsorgungssystem einbezogen ist.

10. NH₃-Kälteanlage nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlzelle (26) mit in das NH₃-Entsorgungssystem einbezogen ist.

11. NH₃-Kälteanlage nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tauwasserabflußleitung (27) vom Verdampfer zum Wasserbehälter (1) vorgesehen ist.

12. NH₃-Kälteanlage nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel in den Kältemittelleitungen (27) nach dem Einspritzventil bis zum Verdichtereintritt stets von oben nach unten, zumindest aber waagerecht, geführt ist.

13. NH₃-Kälteanlage nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatorausgang am höchsten Punkt in einem unter dem Kondensator geneigt liegenden Sammelrohr endet und der Ausgang aus diesem Sammelrohr nochmals durch den Kondensator geführt ist.