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Die
Erfindung betrifft die Verwendung eines Ventilsystems mit einer
Sicherheitseinrichtung in einem Gasversorgungssystem.
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Gase
werden für
die Speicherung und den Transport in Druckgasbehältern abgefüllt. Bei gefährlichen
oder umweltschädlichen
Gasen wie brennbaren oder giftigen Gasen kann Gas bei der Kopplung oder
Entkopplung des Druckgasbehälters
von einem Entnahmeanschluß in
die Umgebung entweichen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und sicheres
Verfahren zu schaffen, womit Gase, insbesondere Flüssiggase
oder flüssiges
Ammoniak, sicher entnommen und gehandhabt werden können.
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Gelöst wurde
die Aufgabe durch die Verwendung eines Ventilsystems mit den im
Anspruch 1 beschriebenen Merkmalen.
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Der
Gasanschluß weist
eine äußere Kammer
auf, die bei Leckage oder Undichtigkeit austretendes Gas aufnimmt.
Der Gasanschluß ist
eine Verbindungsstelle oder Verbindung von gasführenden Teilen, z. B. in einem
Ventilsystem mit zwei koppelbaren Ventilen, eine Verbindung von
Gasrohren oder einer Gasquelle (z. B. ein Druckgasbehälter mit
Gas, eine Druckgasleitung) und Gassenke (z. B. Gasableitung). Anders
ausgedrückt
ist der Gasanschluß die Verbindung
zweier gasführender
Teile, wobei im Bereich der Verbindung, außerhalb der gasführenden Teile,
die Kammer angeordnet ist.
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Der
Gasanschluß ist
vorzugsweise ein Ventilsystem. Das Ventilsystem enthält zwei
koppelbare Ventile, vorzugsweise Schnellschlußventile.
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Um
den Gasanschluß eine
Kammer angeordnet. Die Kammer ist aus einem, zwei oder mehreren
Teilen und ist z. B. schalenartig und teilbar aufgebaut. Die Kammer
oder Teile der Kammer an einer Seite oder an beiden Seiten des Gasanschlusses
fest verankert sein. Eine einschalige oder einteilige Kammer ist
z. B. an einem Gasanschlußteil
angebracht und die Kammer weist eine Öffnung auf, durch die das Ende
eines Gasanschlußteiles
(Koppelteiles) eingeführt
werden kann, so daß der
Anschluß selbst bei
angekoppelten Gasanschlußteilen
in dem Kammerinneren liegt. Eine einschalige Kammer kann auch ohne
feste Verankerung zu den Gasanschlußteilen sein, z. B. eine Hülse, insbesondere
eine dehnbare Hülse
wie ein Gummibalg, in die von beiden Seiten die Gasanschlußteile eingeführt werden.
Die Hülsenöffnungen
sind so gestaltet, daß die Öffnungen von
den eingeschobenen Gasanschlußteilen
ausgefüllt
werden. Für
eine zusätzliche
Abdichtung kann gesorgt werden.
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Die
koppelbaren Ventile des Ventilsystems weisen vorzugsweise jeweils
eine Schale (Ventilschale), insbesondere eine Halbschale (Glocke)
auf. Die Ventilschalen sind z. B. zylindrisch aufgebaut. Die Ventilschalen
bilden in gekoppeltem Zustand der Ventile eine Kammer.
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Bei
halbschaligem Aufbau der Kammer sind die Halbschalen im Bereich
des Gasanschlusses vorzugsweise so aufgebaut, daß die Halbschalen ineinander
schiebbar sind und eine geschlossene Kammer bilden. Beim Entkoppeln
oder Lösen
des Gasanschlusses bleibt die Kammer zunächst geschlossen. Das hat den
bedeutenden Vorteil, daß im
Moment der Entkopplung austretendes Gas in die noch geschlossene
Kammer gelangt und von dort entsorgt werden kann. Die Kammer des
Gasanschlusses ist vorzugsweise mit einem Gas (Spülgas) spülbar oder
der Gasinhalt abgesaugbar. Dazu ist die gebildete Kammer z. B. mit
einer Gasentsorgungseinrichtung wie einer Gasspüleinrichtung (Gasspülung) oder
einer Gasabsaugung verbunden. Die Ausführungen sind auf andere Kammerarten übertragbar.
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Bei
dem Gasanschluß mit
Kammer, insbesondere dem Ventilsystem, erfolgt die Entkopplung und
Trennung der Kammer-Schalen oder Abtrennung der Kammer vorteilhaft
in Stufen. Zunächst
werden die Gasanschlußteile
wie die Ventile in einen kurzen Abstand gebracht, so daß die Kammer
noch den Bereich um die Enden der Gasanschlußteile umgibt und vorzugsweise
geschlossen ist. Es erfolgt eine Spülung des Kammerraumes mit Gas
oder das Gas im Kammerinnenraum wird abgesaugt, wobei z. B. Luft
aus der Umgebung nachgesaugt wird. Das aus der Kammer abgeführte Gas
wird dabei einer Entsorgungseinrichtung zugeführt (z. B. Adsorber für das Gas
oder eine Gaskomponente). Danach wird schließlich der Gasanschluß vollständig getrennt.
Bei mehrschaligem Aufbau der Kammer sind die Kammerschalen dann
vollständig
getrennt. Der Vorgang (Trennung oder Entkopplung in Stufen) kann
in einer dafür
vorgesehenen Einrichtung vorgenommen und der Ablauf des Vorganges
insbesondere durch mechanische und/oder elektronische Mittel sichergestellt
werden.
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Die
Kammer, Kammerteile oder Ventilschalen bestehen z. B. aus Kunststoff,
Metall (z. B. Messing, Aluminium, Stahl oder Edelstahl) oder elastischem
Material wie Elastomere oder Gummi.
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Die
Ventile eines Ventilsystems sind im allgemeinen ein Anschlußventil
und ein Ventil an einer Gasquelle, z. B. ein Behälterventil (Ventil an einem Druckgasbehälter, z.
B. Flaschenventil). Das Behälterventil
ist an einem Druckgasbehälter
angeordnet. Druckgasbehälter
sind z. B. Druckgasflaschen und Druckdosen. Die Druckgasbehälter sind
vorzugsweise als Wechselbehälter
ausgeführt.
Die Druckgasbehälter
enthalten komprimierte Gase oder druckverflüssigte Gase (Flüssiggas)
wie Butan, Ammoniak oder andere reaktive Gase.
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Das
Ventilsystems wird im folgenden erläutert am Beispiel eines Ventilssystems
bei einem Ammoniak-Versorgungssystem für Abgaskatalysatorsysteme für Kraftfahrzeuge
das z. B. in bekannten Abgaskatalysatorsystemen für Kraftfahrzeuge,
insbesondere Lastkraftwagen, anstelle der konventionellen Quellen
für gasförmiges Ammoniak
eingesetzt wird.
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Das
Ventilsystem besteht vorteilhaft aus einem sogenannten Anschlußventil
und einem sogenannten Behälterventil.
Die Ventile werden trennbar gekoppelt. Das Anschlußventil
ist mit dem Ammoniakverbraucher (der Ammoniak-Zuführung des
Katalysatorsystems) verbunden, das Behälterventil ist an dem Vorratsbehälter für flüssiges Ammoniak
direkt angeordnet. Das Behälterventil
dient in der Regel als Entnahmeventil und Füllventil. Der Übergang
zwischen Anschlußventil
und Behälterventil
ist vorteilhaft so gestaltet, daß nur ein minimaler Totraum
zwischen den gekoppelten Ventilen besteht. Die Kopplung (Verbindung)
von Anschlußventil
und Behälterventil
kann direkt z. B. durch eine Verschraubung erfolgen. Bevorzugt wird
eine indirekte Verbindung mittels eines Führungssystems, mit dessen Hilfe die
Anschlußteile
(Anschlußflächen) der
Ventile zusammengeführt
und gehalten werden.
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Im
Gegensatz zu den bekannten Schnellschlußventilen, die im gekuppelten
Zustand immer offen sind, stellt das bevorzugte Ventilsystem eine
sichere Verbindung bei beidseitig geschlossenen Verbindungsteilen
(das heißt
Behälter-
und Anschlußventil
bzw. Anschlußleitung)
her. Das Ventilsystem läßt beim
Entkoppeln praktisch keine Flüssigphase austreten.
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Das
Anschlußventil
weist neben einem Absperrorgan vorteilhaft ein Element zum Öffnen des Behälterventils
auf. Das Anschlußventil
wird vorzugsweise elektromechanisch oder pneumatisch betätigt. Vorteilhaft
ist ein automatischer Betrieb des Anschlußventiles, insbesondere gesteuert
durch eine Steuereinheit wie eine zentrale Steuereinheit des Katalysatorsystems.
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Der
Gasanschluß mit
umgebender Kammer, insbesondere das Ventilsystem, erlaubt eine sichere Betriebsweise
und eine leichte Handhabung beim Tausch eines Ammoniak-Vorratsbehälters bei
einem Ammoniak-Versorgungssystem.
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Die
Erfindung wird anhand der Zeichnung exemplarisch erläutert, die
ein Ventilsystem bei einem Ammoniak-Versorgungssystem für Abgaskatalysatorsysteme
für Kraftfahrzeuge
betrifft.
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1 zeigt
ein Ventilsystem mit Sicherheitseinrichtung (Ventilschalen) und
mit gekoppeltem Anschlußventil
und Behälterventil.
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2 zeigt
ein Behälterventil
für Flüssigkeitsentnahme
im Längsschnitt.
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3 zeigt
schematisch ein Anschlußventil.
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1 zeigt
ein Ventilsystem mit gekoppeltem selbstschließendem Anschlußventil 25,
selbstschließendem
Behälterventil 1 und
Ventilschalen 26, 27. Am Behälterventil 1 und am
selbstschließenden Anschlußventil 25 sind
die Ventilschalen (Halbschalen) 26 und 27 angeordnet,
die zusammen eine geschlossene Kammer bilden. Dies ist bei gekoppelten Ventilen
der Fall. Die Kammer ist für
das Spülen
mit einem Gas (Spülgas)
ausgelegt. Das Spülgas
(z. B. Druckluft) gelangt über
den Eingang 28 in die Kammer und verläßt die Kammer über den
Ausgang 29. Das Ventilsystem wird beispielsweise in einem
Versorgungssystem mit flüssigem
Ammoniak für
den Betrieb von Abgaskatalysatorsystemen in Kraftfahrzeugen wie
Lkw eingesetzt, in denen flüssiges
Ammoniak in Wechselbehältern
bereitgestellt wird.
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Die
Kammer (Spülkammer)
wird vor jedem Behälterwechsel
mit Druckgas (z. B. Druckluft aus dem bordeigenem System des Lkw)
gespült.
Das Spülgas
wird separat über
eine Ausblasleitung (die vorteilhaft über das Führerhaus installiert ist) in
die Atmosphäre
abgelassen. Dadurch ist sichergestellt, dass gasförmiges Ammoniak
aus dem Bereich des Anschlusses (Bereich der gekoppelten Ventile 1, 25) sicher
entfernt wird.
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Ein
Wechselbehälter
wird z. B. in eine Aufbewahrungsvorrichtung eingestellt. Durch das
Herabsenken eines Anschlusskopfes, der das Anschlußventil 25 trägt, wird
zunächst
die Spülkammer
und dann der Ventilanschluss geschlossen. D. h. der Ventilanschluß ist nach
außen
hermetisch verschlossen.
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Vor
jedem Behälterwechsel
muss der Raum der Kammer gespült
werden. Dazu wird beim Öffnen des
Ventilsystems zunächst
die Verbindung vom Behälterventil 1 zum
Anschlussventil 25 getrennt. Die Kammer selbst ist hierbei
noch geschlossen. Ab einer Stellung bei der die Verbindung der Ventile
getrennt ist wird automatisch ein Ventil freigegeben, welches Spülgas durch
die Kammer in die Abgasleitung (über
Ausgang 29) spült.
Der Raum zwischen Behälterventil 1 und
Anschlussventil 25 wird von Ammoniak freigespült. Hierbei
liegt zugrunde, dass es sich bei den Ventilen um selbstschließende Ventile handelt.
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Das
bevorzugte Anschlußventil 25 öffnet nicht
wie bei herkömmlichen
selbstschließenden Schnellschlußventilen
automatisch das Behälterventil 1,
sondern dies geschieht erst durch die elektrische oder pneumatische
Ansteuerung. Das heißt
das Behälterventil 1 ist
immer nur dann geöffnet,
wenn Produkt entnommen werden soll. Bei einem Kraftfahrzeug bedeutet
dies, die Ammoniak-Entnahme erfolgt immer nur dann, wenn das Fahrzeug
in Betrieb ist. Bei einem Unfall (z. B. wenn der Airbag ausgelöst wird
oder wenn das Fahrzeug zum Stillstand kommt) oder bei einer Undichtigkeit
(die z. B. durch einen Sensor registriert wird) kann automatisch
das Ventilsystem geschlossen werden und ein sicheres Betreiben der
Entnahme wird hierdurch gewährleistet.
Die Ventilanordnung und Ventilkonstruktion führt zu einem sehr kleinen Totraumvolumen,
so daß beim
Lösen der
Verbindung nur ganz geringe Mengen des Gases austreten, was trotz
aller konstruktiven Maßnahmen
unvermeidbar ist. Dieses austretende Ammoniakgas wird mit Hilfe
der Kammer aus den Teilen 26, 27 aufgefangen und
entsorgt.
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Das
in 2 gezeigte Behälterventil 1 ist
für die
Flüssigkeitsentnahme
(Flüssiggas),
insbesondere Ammoniak, optimiert. Die untere Ventilschale (26 in 1)
ist nicht eingezeichnet. Das Behälterventil 1 weist
einen zylindrisch geformten Grundkörper 6 mit einem axialen
Kanal und Raum (Ventilraum) auf, in dem der Schließkörper 12 mit
oberem Schließelement 2 und
unterem Schließelement 13 angeordnet ist.
Das Schließelement 2 weist
einen oberen zylindrischen Teil 9 (Fortsatz des oberen
Schließelementes 2)
auf, der im Kopfteil 10 des Grundkörpers in einer zylindrischen Öffnung geführt ist.
Kopfteil 10 kann in der Länge auf ein Minimum reduziert
werden oder sogar ganz entfallen. Zwischen dem zylindrischen Teil 9 und
Kopfteil 10 besteht ein enger Spalt 18 mit minimalem
Totraum. Das Schließelement 2 ist
ein verbreitertes (plattenförmiges)
Teil, das an der Oberseite ein Dichtelement 7 trägt. Es folgt
ein Teil 12 des Schließkörpers (Mittelteil
zwischen oberem und unterem Schließelement) mit verringertem
Querschnitt, in dessen Bereich eine Druckfeder 11 angeordnet
ist. Das untere Schließelement 13 trägt an der
Unterseite das Dichtelement 3. Mindestens eine Öffnung 5 führt von
der Seite des Mittelteiles 12 über einen Kanal durch den Schließkörper zu
einer zentralen Öffnung an
der Unterseite des unteren Schließelementes 13. Am
unteren Ende des Grundkörpers 6 befindet
sich eine Abschlußkappe 14 mit
mindestens einer Öffnung 4 (gezeigt
sind 2 Öffnungen 4 und 4') und einer zentralen Öffnung 15,
an die sich das Steigrohr 16 anschließt.
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Das
Totvolumen der bevorzugten Ausführung
des Behälterventils
liegt im Bereich zwischen 0,01 und 1 ml (siehe 1,
Spalt 18), im besonderen zwischen 0,01 und 0,4 ml, wobei
der Durchflußquerschnitt
mindestens 7 mm2, vorzugsweise zwischen
8 und 20 mm2, insbesondere zwischen 8 und
12 mm2 liegt. Das be deutet, die Bohrung
im Ventil liegt im Bereich zwischen 5 und 7 mm, vorzugsweise bei
zwischen 5,5 und 6,5 mm.
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Der
Dichtring 3 am unteren Schließelement 13 schließt bei geöffnetem
Behälterventil
die Öffnungen 4, 4' (eine oder
mehrere im Umfang verteilt) ab. Somit wird nur der Durchgang für die Flüssigphase über das
Steigrohr 16 freigegeben. Der Schließkörper 12 weist hierfür die entsprechenden
Bohrungen 5 auf. Auch hier können eine oder mehrere Bohrungen angebracht
sein.
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Das
Behälterventil
zur Flüssigkeitsentnahme verhindert
einen Flüssigkeitseinschluß zwischen
Anschlußventil 25 (s. 3)
und Behälterventil 1.
Wenn das Behälterventil
geschlossen wird, öffnet
sich die Verbindung zum Gasraum des Behälters. Flüssiges Ammoniak kann somit
während
des Schließvorgangs in
den Behälter
zurücklaufen.
Der Schließvorgang
ist vorzugsweise über
eine Drossel zeitverzögert,
somit verbleibt immer genügend
Zeit die Flüssigkeit
vollständig
aus dem Anschlußbereich
zu entfernen. In 1 ist der fast geschlossene
Zustand des Behälterventils
dargestellt. Das Schließelement 2 wird über den
Druck des Ammoniaks und über
eine zusätzliche Feder 11 auf
die Bohrung (Ventilsitz) gepresst und schließt damit das Behälterventil.
Zum Öffnen
des Behälterventiles
(siehe 2 und 3) wird der Ventilstößel 20 des
Anschlußventiles 25 nach
unten bewegt, gleichzeitig wird damit am Anschlußventil (3)
der Stößel 20 mit
seinem Dichtring ebenfalls nach unten bewegt und öffnet somit
auch das Anschlußventil.
Solange der volle Hub des Behälterventils
noch nicht erreicht ist, kann nur gasförmiges Ammoniak entnommen werden.
Erst wenn der volle Hub erreicht ist, werden die Bohrungen 4, 4' (2)
geschlossen und die gasdichte Verbindung zum Steigrohr 16 ist
hergestellt.
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Weiter
ist am Ventilkörper 6 des
Behälterventils
seitlich eine Bohrung 17 (optional) angebracht. Diese ist
verbunden mit einem Sicherheitsorgan 19 (z. B. Berstscheibe
oder Sicherheitsventil). Hierdurch wird sichergestellt, daß beim Öffnen dieses
Sicherheitsorgans kein flüssiger
Ammoniak austritt.
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3 zeigt
schematisch ein Anschlußventil 25 (in
der 3 oben) und eine Ausschnittvergrößerung des
Anschlußteiles
(in der 3 unten). Die obere Ventil schale
(27 in 1) ist nicht eingezeichnet.
Das Anschlußventil 25 in 3 weist
einen Grundkörper 21 auf,
der einen zentralen axialen Kanal mit einer seitlichen Abzweigung
zum Anschluß 24 der
Entnahmeleitung enthält.
Das Schließelement 20 wird
von einem pneumatischen oder elektrischen Steuerkopf 23 betätigt. Das
Schließelement 20 trägt am unteren
Ende (Kopf) ein Dichtelement 22, das zum Schließen gegen
den gegenüberliegenden
Ventilsitz gezogen wird. Der Kopf des Schließelementes 20 drückt beim Öffnen bei
gekoppeltem Behälterventil
gegen den Fortsatz 9 des Schließelementes 2 des Behälterventils,
wodurch das Behälterventil
geöffnet wird.
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Die
axiale Bohrung des selbstschließenden Anschlußventils 25 (3),
in dem das Schließelement 20 angeordnet
ist, hat vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich zwischen 5 und
10 mm, wobei der Durchflußquerschnitt
im Anschlußventil
vorteilhaft kleiner ist als im Behälterventil, z. B. im Bereich
zwischen 2 und 20 mm2, inbesondere zwischen 2
und 6 mm2.