CN103328048B - 火焰穿透安全装置 - Google Patents

Abstract

一种火焰穿透安全装置，具有一安装在一壁（6，6’）中的圆柱形火焰阻挡件（8，8’，21），所述壁将一危险区域（13）与一外区域（15）隔开，所述火焰阻挡件包括一具有多个通流缝隙的横截面和一确定所述通流缝隙的长度的高度以及一朝向易爆炸区域（13）的下侧（9）和一朝向所述外区域（15）的上侧（16），所述火焰穿透安全装置可通过以下方式以小质量和高能量导出效率构造，即，所述火焰阻挡件（8，8’，21）放入所述壁（6，6’）的一相应于所述火焰阻挡件的横截面积的开口（7，7’）中并且超出所述壁（6，6’）以所述火焰阻挡件的高度的至少五分之一进入到所述外区域（15）中。

Description

火焰穿透安全装置

技术领域

本发明涉及一种火焰穿透安全装置，具有一安装在一壁中的圆柱形火焰阻挡件，所述壁将一危险区域与一外区域隔开，所述火焰阻挡件包括一具有多个通流缝隙的横截面和一确定所述通流缝隙的长度的高度以及一朝向易爆炸区域的下侧和一朝向所述外区域的上侧。

背景技术

这类火焰穿透安全装置有许多习知类型。它们广泛用于将受到爆炸性或可燃气体威胁的区域保护以防火焰穿透到所述受威胁的区域，以防止在受威胁的区域中爆炸之虞。受威胁的区域可在最广义上通过容器形成，也可以由一管路形成，所述管路通往一会爆炸或可燃气体的容器或储槽。

上述种类的火焰穿透安全装置的重要应用情形是由管龙头形成，如果容器内有基于安全理由须泄掉的过压力，则所述管龙头用于使容器排气。在此情形，气体经管龙头由受威胁的区域穿过火焰阻挡件放出。为了使所述气体在环境中不会有害，故所述气体在出来后直接通过所述火焰阻挡件点燃，以便由此通过在大气中爆燃或燃尽使其爆炸性或可燃性变得无害。这类管龙头可设有受控制的燃烧式或熔融式盖，所述盖在应用情形打开，以使气体在火焰阻挡件外侧烧掉或灼燃掉。由于气体的烧掉拖延很长时间，所以火焰阻挡件须可靠防止火焰穿透，即使气体在上侧燃烧为时很长时间（例如2小时或更久）也是这样。如果火焰阻挡件适合作这点，则称之为耐长时燃烧安全火焰阻挡件。如果受结构限制只会短时产生火焰，则只要用耐短时燃烧的火焰穿透安全装置就够了。

为了实施本发明的火焰阻挡件，可考虑所有的结构形式，只要它们能确保预定的最大缝隙宽度和预定的最小缝隙长度即可。一个优选结构形式是将一光滑金属带与一波状金属带共同卷绕成圆形或螺旋形用简单方式实现，其中带宽度定义了火焰阻挡件的高度和由波状带形成的通流缝隙的长度。在此，沿流动方向也可先后设数个这种火焰阻挡件，其间可具有或不具有中间空间或中间元件。

耐长时燃烧的火焰穿透安全装置在习知技术中用以下方式实现，将火焰阻挡件放在稳定的金属围笼中，通过所述金属围笼使热从火焰阻挡件尽量好地导出包围的壳体中。为了实现对于长期燃烧可靠性所需的充分热导出，金属质量要很大。此外，通流缝隙的长度要选设成使得在外侧一直到下侧的通流缝隙末端（它朝向受威胁的区域）的温度要降很多，以使得受威胁的区域中的可爆炸或可燃气体可靠地不再被点燃，此条件导致显著的材料成本并且相应火焰安全装置的空间需求很大。

发明内容

本发明的目的在将上述种类的火焰穿透安全装置用较简单而体积较小的构造方式实现。

根据本发明，为了实现此目的，上述种类的火焰穿透安全装置的特征是，所述火焰阻挡件放入所述壁的一相应于所述火焰阻挡件的横截面积的开口中并且超出所述壁以所述火焰阻挡件的高度的至少五分之一进入到所述外区域中。

因此本发明的火焰阻挡件不是放入一稳定的围笼中，而是只放入壁的一开口中并且仅仅以其高度的一部分放入。这表示，在各种情形下，壁厚度远小于火焰阻挡件的高度，因此，在一般8mm壁厚情况下，火焰阻挡件高度至少为10mm。

根据本发明，火焰阻挡件的高度至少五分之一（优选至少三分之一，更优选至少四分之一）从所述壁突出。如果火焰阻挡件从所述壁伸到外区域中的部分为其高度的至少二分之一（优选至少三分之二），则根据本发明的火焰穿透安全装置特别有效。

火焰阻挡件沿径向被一金属片限制，举例而言，它可由一平滑金属片形成并且与一波状金属片卷成火焰阻挡件，但也可将一类似的稳定化金属片（其厚度在各种情形小于1mm，优选小于0.5mm）固定在圆柱火焰阻挡件的圆周上。

因此，如此形成的本发明火焰阻挡件只需放入构造为板的壁的开口中。因此，本发明的火焰阻挡件只要小的质量就足够，因为不需围笼。热一方面排出到流过的气体上，另一方面以决定性的方式利用热辐射散掉。由于火焰阻挡件超出壁突伸到外区域，确切地说优选以其高度的绝大部分伸中，故火焰阻挡件不但能经上侧辐射散热，且经整个周壁（它从壁的开口突伸到外区域中）散热。因此对本发明的火焰阻挡件重要的一点为：周壁没有实心的围笼，而是在所有情形中只用一金属片作机械性稳定化，所述金属片围住圆周面且可很大程度上无损失且无延迟地接收所述圆周面的温度，以助从火焰阻挡件散热。

本发明的火焰阻挡件利用热辐射比起利用热传导到一周围的围笼的方式，其热能导出要有效得多。虽然将热导出到一实心材料中，其程度随温度直线上升，但利用辐射将热导出的效率为温差的四次方（～ΔT⁴），此外，所述火焰阻挡件的受气体燃烧受热的质量较少。因此火焰穿透安全装置可很迅速地适配于变化的流速并迅速地借着由燃烧程序吸收能量及借着将热辐射及传导到流过的气体而释能而达到一平衡状态。由于本发明的火焰穿透安全装置的效率是取决于火焰阻挡件的高度有尽量大的部分突出壁的开口，因此优选的是，火焰阻挡件的高度的下边缘与所述壁的朝向危险区域的下侧齐平。

在此优选的是，在壁的下侧固定着一第一固定元件，其横越过火焰阻挡件的横截面。此固定元件可将火焰阻挡件沿轴向保持住，而不会使流动横截面积受火焰阻挡件的明显影响。为此，在一优选实施例，固定元件只由棒形成，它在火焰阻挡件两侧固定在所述壁的下侧上。

对此替换地，固定元件也可由一本身公知的肋环或一粗网目的筛或织物或一粗网目的格栅形成。

如要实现一种稳定作用──特别是一种火焰阻挡件（它由一平滑带与一波状带卷绕而形成）的稳定作用，则用以下方式实现：将所述第一固定元件经由一连接元件与一第二固定元件连接，所述连接元件突伸超出火焰阻挡件的一中间开口，所述第二固定元件贴靠在火焰阻挡件的上侧上。因此火焰阻挡件上侧也利用第二固定元件机械地稳定，其中第二固定元件──由于高度差──不必用费事的方式与壁的相应上侧连接，因为这种连接可通过所述连接元件和所述第一固定元件与所述壁的下侧稳定地形成。唯一一个连接元件已足够，它在中心穿过火焰阻挡件。在卷绕式火焰阻挡件的情况下，平滑带与波状带的卷绕符合目的要求地围绕构造为套筒的卷绕芯卷绕。然后可以将连接元件匹配地放入到所述套筒的内空间中，从而确保通过所述连接元件不会形成不受控制的、用于流过的气体的大缝隙宽度。

在本发明一第一实施例中，所述火焰阻挡件优选设计成盘形式，其高度比横截面的长度小。在此，盘的横截面大致相当于设有通流缝隙的净横截面。在此，对于通过缝隙来说，必要时仅仅通过一卷绕芯（其必要时可呈被所述连接元件封闭的套筒的形式）占据的横截面积不能用。

根据本发明，利用热辐射实现的大幅能量导出的前提为：火焰阻挡件相较于其质量有很大的自由表面。因此对于所述要导出的爆炸性气体的大的流动横截面而言，如果不是使用单一的大火焰阻挡件用于此流动横截面，而是在此大流动横截面中放入多个较小的火焰阻挡件（它们放入所述封闭此流动横截面的壁的相应开口中）则很有利。因此想优选的一种火焰穿透安全装置中，将多个火焰阻挡件放入壁中，所述壁将受威胁区域的气体通路封闭。

因此本发明的火焰穿透安全装置首次使得即使对于最易引燃的气体例如氢也能使用长时燃烧安全装置。因此根据本发明可造成一种适合爆炸组IIC的长期燃烧安全装置，它可特别设计成一种设计成环形圆筒的火焰阻挡件，其中，通流缝隙在一环绕一内空间的环形空间中延伸。在此，内空间相对于所述受威胁的区域封闭并且因此与外区域连接。

在此，有利的是，利用所述内空间构造一个用于惰性气体的流动通道，其中，所述惰性气体可以是从所述外区域吸入的空气，如果所述流动通道的不与所述内空间连接的端部与所述外区域连接的话。

因此除了热辐射效果外，还通过借助于流动的惰性气体的冷却加强此效果。

当火焰阻挡件做成环形圆筒体时，使用重点在做成最易引燃的气体用的长期燃烧安全装置，其中可爆或可燃气体流过火焰阻挡件的速度的重要性较低，在此的重点为：利用火焰阻挡的高度造成冷却，使得连很容易引燃的气体在受威胁的区域也不引燃。根据本发明，这点甚至对于在爆炸级IIC的火焰阻挡件上侧的长时燃烧都能实现。

本发明的优选应用在于耐长时燃烧的火焰穿透安全装置，虽然本发明的构造方式也适用于不需耐长期燃烧，特别是耐短时燃烧的安全装置及大气爆燃的安全装置。对于这种用途，火焰阻挡件从壁突出较短长度进入外区域中已足够，例如在火焰阻挡件高度的1/5～1/2间，而对长期燃烧安全装置，一般需突出至少火焰阻挡件的一半长度。

本领域技术人员知道，这种构想──将上述种类之设计成环形圆筒的火焰阻挡件设以一内空间（它可利用对流或强迫式气流更提供一种附加之火焰阻挡件的冷却作用）──即使对某些火焰阻挡件（它们不用本发明的方式放入一壁的一开口，而是例如安装在一围笼中）也很有利。因此将火焰阻挡件设计成环形圆筒（其中通流缝隙用上述方式围住一内空间）本身单独就很有利。

附图说明

下面借助于附图中示出的实施例详细阐述本发明。附图中：

图1是根据本发明第一实施例（具有唯一一个火焰阻挡件）的火焰穿透安全装置的平视剖面图；

图2是根据本发明第二实施例（具有多个装在一共同壁中的火焰阻挡件）的火焰穿透安全装置的斜上方看的立体图；

图3是依图2装置的示意上视图；

图4是依图2及图3之装置的部分平视剖面图；

图5是根据本发明第三实施例（具有一设计成环形圆筒形式的火焰阻挡件）的火焰穿透安全装置的平视剖面图；

图6是依图5装置由斜上方看的示意立体图；

图7是依图5实施例之上视图。

具体实施方式

图1显示一个未详示的接头部1。此接头部1从一管形管路横截面2过渡变成一锥形变宽部3并开口到一环形固定突缘4中。一壁6（呈金属板形式）利用螺旋装置5旋合到固定突缘4上。

在管形管路横截面2的延续部中，在壁6中有一圆形开口7，一盘形火焰阻挡件8（其具有圆形横截面）放入其中，使火焰阻挡件8的一下侧9与壁6的一朝向管形管路横截面2的下侧10对准。一呈棒形式的第一固定元件11利用螺旋装置12固定在壁6的下侧10上并且因此贴靠在火焰阻挡件8的下侧9上。

管形管路横截面2和锥形变宽部3形成一受可爆或可燃气体威胁的区域13，所述区域被壁6及火焰阻挡件8（它匹配地放入壁6的开口7中）封闭。所述壁的上侧14（其与所述壁6的下侧10对置）朝向火焰穿透安全装置的一外区域15，火焰阻挡件8以其高度的绝大部分突伸到所述外区域中且用一上侧16在端侧封闭。

一第二固定元件17贴靠在火焰阻挡件8的上侧16，所述第二固定元件在图1所示实施例同样由棒形成，此棒穿过一螺栓形连接元件18的一中央开口。连接元件18突伸超出火焰阻挡件的下侧9且在此处同样有一贯穿开口，第一固定元件11同样穿插过此贯穿开口。因此利用二固定元件11、17将火焰阻挡件8沿轴向保持住，而它沿径向（亦即利用其圆周壁19）固定在壁6的开口7中。

火焰阻挡件8的圆周壁19可由最厚1mm的薄金属片形成且利用激光点焊或其它方式固定在火焰阻挡件8上。

在一优选实施例中，火焰阻挡件8如下制造：将一平滑金属带与一波状金属带一起卷绕到一卷绕芯20上，使得所述波状金属带的波形在平滑金属带的两个绕卷层间形成确定的通流缝隙，气体可沿轴向经所述通流缝隙从受威胁区域13流入外区域15。因此通流缝隙的长度通过两个共同卷绕的金属带的宽度决定。卷绕芯28设计成具一轴向空腔的套筒的形式，因此螺栓形连接元件18可匹配地放入卷绕芯20的内空间中。

图2、3显示本发明一第二实施例，具一壁6’，它将一受威胁的区域13（图4）封闭。壁6’有九个设在一圆形轨道上的开口7’，火焰阻挡件8匹配地放入所述开口中，火焰阻挡件的大部分高度突出超出壁6上侧且用一棒形第二固定元件17固定，所述第二固定元件利用中间的螺栓形连接元件18固定在壁6’的下侧10上。

在火焰阻挡件8的内区域有四个另外的火焰阻挡件8’，它们放入壁6’的相应开口7’中。火焰阻挡件8’的直径远小于火焰阻挡件8。所述四个火焰阻挡件8’用其中央连接元件18绕壁6’的一中点同样设在一圆形轨道上。如图4所示，所述壁6’用多个螺旋装置5固定在一接头部1的一环形固定突缘4上。

火焰阻挡件8、8’的固定以如图1的第一实施例说明的方式一样地进行。

将多个火焰阻挡件8、8’设在壁6’上有一优点：火焰阻挡件8、8’的圆周壁19有很大的比例突出于壁6’上侧且与火焰阻挡件8的上侧16一起形成大表面，热由从所述表面辐射到外区域15。

图5～7所示本发明的第三实施例有一接头部1，和图1接头部1相同。利用此处做得较长的螺旋装置5将壁6（呈一板形式）固定在接头部1上。壁6同样有一圆形中央开口7，一火焰阻挡件21（呈一圆筒形状）放入其中。因此在火焰阻挡件21中形成一圆柱形内空间22，它与外区域15相通，在此，在接头部1的环形固定突缘4和壁6之间放入一中间件23，利用所述中间件形成导引通道2425，导引通道24与会爆炸的区域13连接，而导引通道25有一径向端部26，所述径向端部形成用于来自外区域15的空气的一进入开口并且具有一轴向端部27，所述轴向端部开口到火焰阻挡件21的内空间。

相反，导引通道24则将可爆区域13轴向延续且开口到环形空间28，所述环形空间位于一穿过火焰阻挡件21设有通流缝隙的环形空间下方，可爆或可燃的气体可通过所述环形空间吹入外区域15中，以便在那里必要时直接燃烧。在此利用密封件29确保可爆或可燃气体不会进入火焰阻挡件21的内空间22，一圆周壁30将所述环形空间28朝着径向外部封闭。

图6显示本发明第三实施例火焰穿透安全装置的构造的一立体图。在此可看出，可设置多个用于将空气从外区域15吸入的嘴部开口26，以便利用对流的气流经火焰阻挡件21的内空间22造成火焰阻挡件21附加冷却，但火焰阻挡件21主要冷却部分是经火焰阻挡件21（它突出壁6的上侧14进入外区域15）的大表面积将热辐射掉。

图7还显示火焰阻挡件21的一环形横截面31的上视图，轴向通流缝隙互相密封地位于其中，且各通流缝隙一边用一波状金属带的波状构造另一边利用平滑金属带的卷绕层互相隔开。

在此实施例中，热在所述火焰阻挡件21（它设计成空心圆筒形）的大表面上辐射以释出能量的作用利用空气对流（从外区域15经火焰阻挡件21内空间22流过）而支持，通过对流流动有助热从火焰阻挡件21导出。当然也可不只形成自动进行的对流流动，而且还利用一风扇强迫气流通过内空间22。此外可将气流循环不只由空气形成，也可利用另一惰性气体形成。

当然，用火焰阻挡件21还可以构造一个布置机构，其中，将多个火焰阻挡件21放入壁6的相应开口7中，以便提供较高的通流效率。

但火焰阻挡件21并不针对高通流效率优化，而是提供将能量散热到外区域15的高散热量，因此首次能造成一耐长时燃烧的火焰穿透安全装置，它对于爆炸组IIC的气体（例如氢）、爆炸组IIB的气体及对含高能量的其它气体都耐长时燃烧。因此对于化学计量的氢／空气混合物的组成，一种火焰阻挡件（直径65mm、内空间22直径51mm且高度50mm），在环形横截面的最大缝隙宽0.2mm的设计中可长期耐燃烧地防止火焰穿透。

在一比较实验中，其中火焰阻挡件21的外直径加大到75mm，但内空间22直径及高度保持51mm或50mm，在最大缝隙宽度0.2mm的情况下会造成火焰穿透。由此可看，对此处测试的爆炸组，环形横截面的总流过横截面的尺寸必须和火焰阻挡件21的要散热的面积大小成正比，以便形成用于气体（甚至是爆炸性组IIC）的耐长时燃烧的火焰穿透安全装置。

Claims (12)

1.一种火焰穿透安全装置，具有一安装在一壁(6，6’)中的圆柱形火焰阻挡件(8，8’，21)，所述壁将一危险区域(13)与一外区域(15)隔开，所述火焰阻挡件包括一具有多个通流缝隙的横截面和一确定所述通流缝隙的长度的高度以及一朝向易爆炸区域(13)的下侧(9)和一朝向所述外区域(15)的上侧(16)，其特征在于，所述火焰阻挡件(8，8’，21)放入所述壁(6，6’)的一相应于所述火焰阻挡件的横截面积的开口(7，7’)中并且超出所述壁(6，6’)以所述火焰阻挡件的高度的至少五分之一进入到所述外区域(15)中。

2.如权利要求1所述的火焰穿透安全装置，其特征在于，所述火焰阻挡件(8，8’，21)以其高度的下边缘与所述壁(6)的朝向所述危险区域(13)的下侧(10)齐平。

3.如权利要求2所述的火焰穿透安全装置，其特征在于，一横越所述火焰阻挡件(8，8’，21)的横截面的第一固定元件(11)固定在所述壁(6)的下侧(10)上。

4.如权利要求3所述的火焰穿透安全装置，其特征在于，一第二固定元件(17)经由一连接元件(18)与所述第一固定元件(11)连接，所述连接元件穿过所述火焰阻挡件(8，8’，21)的一中间开口伸出，所述第二固定元件贴靠在所述火焰阻挡件(8，8’，21)的上侧(16)上。

5.如权利要求3或4所述的火焰穿透安全装置，其特征在于，至少一个固定元件(11，17)是棒。

6.如权利要求3或4所述的火焰穿透安全装置，其特征在于，至少一个固定元件(11，17)是肋环。

7.如权利要求1至4之一所述的火焰穿透安全装置，其特征在于，所述火焰阻挡件(8，8’，21)构造为盘，所述盘的高度比横截面长度小。

8.如权利要求1至4之一火焰穿透安全装置，其特征在于，将多个火焰阻挡件(8，8’，21)放入到一壁(6)中。

9.如权利要求1至4之一所述的火焰穿透安全装置，其特征在于，所述火焰阻挡件(21)构造为环形圆筒，所述通流缝隙在一包围一内空间(22)的环形空间(31)中延伸，所述内空间(22)与所述外区域(15)连接并且相对于所述危险区域(13)封闭。

10.如权利要求9所述的火焰穿透安全装置，其特征在于，在所述内空间(22)中构造一用于惰性气体的流动通道(25)。

11.如权利要求10所述的火焰穿透安全装置，其特征在于，所述流动通道(25)利用其不通入到所述内空间(22)中的端部与所述外区域(15)连接。

12.如权利要求1至4之一所述的火焰穿透安全装置，其构造为燃烧安全装置，所述燃烧安全装置被设置用于烧掉流经所述火焰阻挡件(8，8’，21)的气体。