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Die Erfindung betrifft eine Druckentlastungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In vielen explosionsgefährdeten Anlagen wie zum Beispiel Silos, Behältern, Rohren und dergleichen werden häufig Berstscheiben eingebaut, die als Sollbruchstelle wirken. Solche Berstscheiben bestehen meist aus eingerahmten Blechscheiben, die in Öffnungen von explosionsgefährdeten Anlagen eingebaut sind und die bei einem bestimmten Überdruck bersten und den Überdruck zur Atmosphäre freigeben, damit das Silo, der Behälter, die Rohre oder die mit diesen verbundenen Anlagenteile nicht beschädigt werden. Derartige Berstscheiben werden dann nach einer Explosion wieder ersetzt, so dass die damit geschützten Anlagen ohne großen Aufwand wieder betriebsbereit sind. Allerdings treten aus diesen geborstenen Berstscheiben bei einem Explosionsvorgang auch häufig Flammen aus, die außerhalb der Anlagen einen Brand auslösen können. Deshalb werden derartige Berstscheiben häufig mit einem gasdurchlässigen Käfig oder Korb umbaut, durch den die Flammen an einem Austreten gehindert werden sollen.
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Eine derartige Vorrichtung zur Druckentlastung für eine Berstscheibe ist aus der
EP 1 369 628 B1 bekannt, durch die die Berstscheibe mit einem gasdurchlässigen Korb umbaut ist. Dabei besteht die Berstscheibe aus einer dünnwandigen domförmigen Wölbung, die nach außen zum Inneren des Korbes gerichtet ist und offensichtlich aus einem dünnen Blech besteht. Dabei ist die Berstscheibe zwischen zwei Flanschen eingeklemmt, wobei der ringförmige Rand der Berstscheibe eine Soll-Reißstelle aufweist, die als kreisbogenförmiger Spalt mit beabstandeten Materialbrücken ausgebildet ist und von den Flanschen klemmend abgedeckt wird. Bei einem vorgegebenen explosionsbedingten Überdruck im Inneren der explosionsgefährdeten Anlage reißt der innere Teil der Berstscheibe vom Rand im Bereich der Spalte ab und gibt die Öffnung klappendeckelartig zum Korb oder zur Atmosphäre frei. Dabei besteht der Korb aus einem quaderförmigen Gestell, das durch vier rechteckige, hochkant angeordnete Wandelemente und ein abdeckendes Wandelement die Berstscheibe umgibt. Die Wandelemente bestehen dabei aus ebenen beabstandeten gasdurchlässigen Innen- und Außenplatten, wobei mindestens die Außenplatten im Zentrum eine quadratische aussparende Gitterstruktur aufweisen, die innen mit einem offenporigen Metallschaum hinterlegt ist. Beim Durchströmen des Metallschaums von explosionsbedingten Flammen sollen diesen durch den Metallschaum so viel Wärme entzogen werden, dass die Flammen erlöschen. Derartige Metallschaumplatten sind aufwändig in der Herstellung und stellen wegen ihrer geringen Porenweite ein Druckhindernis dar, so dass für eine schnelle Druckentlastung eine große Plattenfläche benötigt wird.
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Aus der
DE 10 2011 112 123 A1 ist eine Druckentlastungsvorrichtung bekannt, bei der das Berstelement durch einen Metallkasten umbaut ist, der aus doppelwandigen Außenwänden besteht, in denen zur Druckentlastung eine Vielzahl versetzt angeordneter Bohrungen enthalten sind. Dabei sind zwischen den parallelen doppelten Wandelementen der Außenwände um die vielen Bohrungen ringförmige Rohrstutzen befestigt, die von diesem Wandelement beabstandet und gegenüber den gegenüberliegenden Wandelement mit seinen Rohrstutzen versetzt sind. Im Explosionsfall werden die Explosionsgase durch die versetzten Rohrstutzen zweimal um 180° umgeleitet, um dann nach außen in die Atmosphäre auszutreten. In der Praxis hat sich gezeigt, dass bei einem nur doppelwandigen Kasten insbesondere an der gegenüber dem Berstelement angeordneten Außenwand noch Flammen austreten können, wenn diese einen größeren Mindestabstand unterschreitet, so dass dafür in Längsrichtung immer ein großer Bauraum notwendig ist.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde eine Druckentlastungsvorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass möglichst ohne große Druckhindernisse eine schnelle Druckentlastung erfolgt und explosionsbedingte Flammen auch bei kompakter Ausführung zuverlässig gelöscht werden.
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Diese Erfindung wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die gasdurchlässigen Materialansammlung an den Umlenkstellen der labyrinthartigen Auslasskanäle stets ein wesentlicher Teil der Explosionsgase und dessen Staubpartikel durch die Materialansammlungen strömen und dort abgekühlt und verwirbelt werden, so dass dadurch die Flammentemperatur abgekühlt und die Ausströmgeschwindigkeit abgesenkt wird. Gleichzeitig tritt durch die mehrmalige Umlenkung der Explosionsgase an jeder der dortigen gasdurchlässigen Materialansammlungen eine Vermischung und Verwirbelung mit der in dem Auslasskanal umgelenkten Explosionsgase ein, so dass diese vorteilhafterweise insgesamt abgekühlt und in ihrer Austrittsgeschwindigkeit verringert werden, ohne dass sich die Auslasskanäle durch Staubpartikel und dergleichen zusetzen könnten.
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Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, dass durch die gasdurchlässigen Materialansammlungen in den labyrinthartigen Auslasskanälen auch schon bei kurzem Durchströmenlängen eine Abkühlung und Geschwindigkeitsreduzierung der Explosionsgase erfolgt, so dass die Druckentlastungsvorrichtung sehr kompakt ausbildbar ist, insbesondere in der Ausströmrichtung der Explosionsgase.
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Die Erfindung mit den gasdurchlässigen Materialansammlungen hat gleichzeitig den Vorteil, dass darin querschnittskleine Durchströmkanäle vorhanden sind, die die im Explosionsgas vorhandenen Staubpartikel zurückhalten und zum Teil darin verbrannt werden, so dass sich dadurch die Explosionsgase gleichzeitig reinigen. Da aber zusätzlich noch mindetens ein großer offener Auslasskanal vorhanden ist, kann sich der Auströmweg auch bei hoher Partikelbelastung insgesamt nicht zusetzen, so dass die Druckentlastungsfunktion stets gewährleistet bleibt.
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Bei einer besonderen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, die gasdurchlässigen Materialansammlungen an den Umlenkstellen durch Stahlwolle oder Glaswolle gefüllte Durchströmkissen auszuführen, was den Vorteil hat, dass diese einfach auszuführen sind und ohne großen Montageaufwand auch in verschiedenen Durchströmdicken an den Umlenkstellen fixierbar sind. Dabei erfolgt insbesondere durch die mit Stahlwolle gefüllten Durchströmkissen eine rasche Abkühlung und Verringerung der Durchströmgeschwindigkeit, wodurch nach wenigen Umlenkungen die Flammentemperatur so verringert wird, dass die Flamme innerhalb des oberen Gehäuseteils sicher erlischt. Derartige Durchströmkissen mit Stahl- oder Glaswolle sind auch einfach und kostengünstig herstellbar und einfach zwischen den vorteilhafterweise vertikalen und horizontalen Labyrinthblechen oder Wandblechen und Wandelementen anzubringen und zu fixieren.
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Eine weitere besondere Ausbildung der Erfindung mit einem Anströmkissen, das in den Befestigungssockel hineinragt, hat den Vorteil, dass dadurch ein Vielfaches der gasdurchlässigen Materialansammlungen im Hauptstrom der Explosionsgase angebracht ist, wodurch insbesondere bei einer Füllung mit Stahlwolle eine rasche Abkühlwirkung erzielbar ist. Dadurch sind vorteilhafterweise nachfolgend nur noch wenige Umlenkungen mit Durchströmkissen notwendig, so dass vorteilhafterweise dadurch eine sehr kompakte Ausführung bei sicherer Flammenlöschung gewährleistet ist.
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Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, mit einem Anströmkissen und mehreren Durchströmkissen in den Umlenkstellen der labyrinthartigen Auslasskanäle die Explosionsgase stark nahezu auf Raumtemperatur abzukühlen, so dass vorteilhafterweise in den Auslassöffnungen zusätzlich noch herkömmliche Staubfilter einsetzbar sind, wodurch bei einer Explosion weder Flammen noch Staubpartikel austreten können.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Die einzige 1 der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung eines Schnittbildes einer quaderförmigen Druckentlastungsvorrichtung über einem Berstelement.
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In 1 der Zeichnung ist schematisch eine quaderförmige Druckentlastungsvorrichtung im Schnitt dargestellt, die oberhalb einer Öffnung einer explosionsgefährdeten Anlage 5 befestigt ist, und eine Umbauung 1 eines Berstelements 4 darstellt, das einem Befestigungssockel 2 und ein oberes Gehäuseteil 3 mit den an den Umlenkstellen 16 angeordneten Durchströmkissen 13 enthält.
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Die Umbauung 1 ist dabei als rechteckiger quaderförmiger Gehäusekasten aus Stahlblech ausgeführt, der mit seinem oberen Gehäuseteil 3 vorzugsweise einen rechteckigen Befestigungssockel 2 seitlich überragt. Dabei ist der Befestigungssockel 2 mit der explosionsgefährdeten Anlage 5 fest verbunden, wobei der Befestigungssockel 2 eine Öffnung 15 der explosionsgefährdeten Anlage 5 umschließt. Dabei besteht der obere Gehäuseteil 3 aus vier vertikalen rechteckigen Wandblechen 10, die durch ein rechteckiges horizontales Wandblech 6 abgedichtet miteinander verbunden sind. Die Umbauung 1 der Druckentlastungsvorrichtung besitzt dabei vorzugsweise eine Höhe von ca. 200 bis 500 mm, eine Länge von ca. 300 bis 1000 mm und eine Breite von ca. 300 bis 600 mm. Unterhalb des oberen Gehäuseteils 3 ist mittig der senkrechte Befestigungssockel 2 angeordnet, den das obere Gehäuseteil 3 seitlich um ca. 50 bis 200 mm überragt und der eine Sockelhöhe bis zum oberen Gehäuseteil 3 von ca. 50 bis 100 mm aufweist. Der Befestigungssockel 2 besitzt unten einen nicht dargestellten Befestigungsrand der gasdicht mit der explosionsgefährdeten Anlage 5 verbunden ist. Das obere Gehäuseteil 3 und der Befestigungssockel 2 könnten aber auch quadratisch, rund oder korbförmig ausgebildet sein, falls dies wegen der Formgebung und dem Herstellungsverfahren vorteilhaft wäre.
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Der Befestigungssockel 2 befindet sich querschnittsmäßig zentral zum oberen Gehäuseteil 3 und ragt mit seinen vier Wandelementen 7 als Rohrstutzen in den Innenteil des oberen Gehäuseteils 3 hinein. Allerdings stoßen dabei die vier Wandelemente 7 nicht unter das horizontale obere Wandblech 6 des oberen Gehäuseteils 3, sondern lassen einen hinreichenden Ausströmabstand, durch den die Explosionsgase in das obere Gehäuseteil 3 entweichen können.
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Zur Abkühlung der im Explosionsfall entstehenden Explosionsgase ist das obere Gehäuseteil 3 durch mehrere horizontale Labyrinthbleche 8 und mehrere vertikale Labyrinthbleche 9 mit dem Befestigungssockel 2 verbunden, die mehrere labyrinthartig umgelenkte Auslasskanäle 11 bilden. So sind innen zu den vertikalen Wandblechen 10 in vorgegebenem Abstand eine Vielzahl von vertikalen Labyrinthblechen 9 angeordnet, die parallel zu den Wandelementen 7 des Befestigungssockels 2 ausgerichtet sind. Dazu sind an den Außenflächen der Wandelemente 7 des Befestigungssockels 2 mehrere horizontale Labyrinthbleche 8 befestigt, die in einem radialen Abstand mit den vertikalen Labyrinthblech 9 verbunden sind. Dabei sind die vertikalen Labyrintbleche 9 in der Länge gegeneinander so versetzt angeordnet, dass sie vom Innenraum des Befestigungssockels 2 labyrinthartige umgelenkte Auslasskanäle 11 bilden, die den Auslassweg gegenüber dem direkten Abstand um ein Vielfaches verlängern. Labyrinthartig bedeutet eine durchgehende um mindestens 90° abknickende Wegführung der Auslasskanäle 11 und dies auf engstem Bauraum.
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Gleichzeitig enthält die Druckentlastungsvorrichtung an den Umlenkstellen 16 quaderförmig ausgebildete Durchströmkissen 13, die die labyrinthartig umgelenkten Auslasskanäle 11 nach innen begrenzen und formschlüssig innen an den äußeren Wandblechen 6, 10 und den Labyrinthblechen 8, 9 anliegen. Diese Druchströmkissen 13 stellen eine gasdruchlässige Materialanhäufung von einer vertikalen Tiefe von ca. 50 bis 100 mm dar, die vorzugsweise metallische Stahlwolle enthalten und mit einem gasdurchlässigen Bezug umgeben sind und dadurch eine anströmende Explosionsflamme abkühlen. Die Durchströmkissen 13 können aber auch aus keramischer Glasfaserwolle mit hohem thermischen Leitwert gebildet sein. Als gasdurchlässige Materialanhäufungen 13 wären auch vertikale rohrförmige oder schlitzförmige Ausführungen denkbar, die zur Umlenkung unterhalb des inneren horizontalen oberen Wandblechs 6 und oberhalb der horizontalen Labyrinthbleche 8 einen Abstand zur Umlenkung der Explosionsgase aufweisen. Diese Durchströmkissen 13 sind vorzugsweise quaderförmig ausgebildet und von einem Netzbezug umschlossen, wobei deren innere Materialanhäufung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie den inneren Raum voll ausfüllen und gasdurchlässige kleine Kanäle oder Durchlässe aufweisen, die einen Gasstrom durchlassen und an anderen Stellen wieder ausströmen können, ohne dass dazu ein hohes Druckhindernis überwunden werden muss.
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Zur weiteren Verbesserung der Abkühlwirkung ist gegenüber dem Rohrstutzen des Befestigungssockels 2 noch ein zusätzliches Anströmkissen 14 angeordnet, das unter Belassung eines Umlenkkanals 20 in den Rohrstutzen des Befestigungssockels 2 vertikal hineinragt und dessen vertikale Erstreckung mindestens die doppelte oder dreifach Tiefe wie die der Durchströmkissen 13 aufweist und auch in seiner Querschnittsfläche vorzugsweise den doppelten Querschnitt der Durchströmkissen 13 besitzt. Dabei wird das Anströmkissen 14. vorzugsweise zwischen vier zusätzlichen vertikalen gelochten Labyrinthblechen 17 gehalten, die am horizontalen oberen Wandblech 6 befestigt sind. Durch die gelochten vertikalen Labyrinthbleche 17 wird eine Ausströmdurchlässigkeit erreicht. Derartige gelochte horizontale Labyrinthbleche 18 sind vorzugsweise ebenfalls zur inneren Befestigung der Stahlwolle 19 oder Glaswolle vorgesehen, um diese druckfest zu fixieren.
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Eine derartige Druckentlastungsvorrichtung ist im Explosionsfalle wie folgt wirksam:
Da im Explosionsfall in der explosionsgefährdeten Anlage 5 ein hoher Überdruck entsteht, gibt das Berstelement 4 die Öffnung 15 frei, so dass die Explosionsgase und Flammen durch den Befestigungssockel 2 nach oben in den oberen Gehäuseteil 3 nahezu geradlinig einströmen und zunächst auf das Anströmkissen 14 und die nebenliegenden labyrinthartigen Umlenkkanäle 20 gerichtet sind. Dabei sind die labyrinthartigen Umlenkkanäle 20 und die Auslasskanäle 11 von etwa gleicher Querschnittsfläche durch die die Gase und Flammen ausweichen können. Durch die Querschnittsverengung im Zentrum des Rohrstutzens des Befestigungssockels 2 strömt allerdings ein Großteil der Explosionsgase und Flammen in das gasdruchlässige Anströmkissen 14 und tritt dann seitlich zu den labyrinthartigen Umlenkkanälen 20 in Pfeilrichtung oder verwirbelt aus. Dadurch wird wenigstens der durch das Anströmkissen 14 geleitet Anteil von etwa 30 bis 80% der Explosionsgase und Flammen gekühlt und druckreduziert seitlich in den Umlenkkanal 20 ausgelassen. Dieser Teil der Explosionsgase und Flammen als auch der Rest trifft dann auf die Durchströmkissen 13 an den Umlenkstellen 16 auf und wird dort wiederum zu einem vermischten Teil von ca. 20 bis 50% in das Durchströmkissen 13 eingeleitet und tritt dort durch eine Umlenkung auch wiederum weiter abgekühlt und druckreduziert in Pfeilrichtung aus, um zur nächsten Umlenkstelle 16 zu strömen und dort mit gemischten Anteil von 20 bis 50% wieder abgekühlt und druckreduziert in den weiteren labyrinthartigen Auslasskanal 11 zu gelangen.
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Dabei hat sich in der Praxis gezeigt, dass bereits nach drei derartigen teilweisen Einleitungen in die Durchströmkissen 13 und Umleitungen an den Umlenkstellen 16 der Auslasskanäle 11 sich die Explosionsgase soweit miteinander vermischt und deshalb abgekühlt haben, dass keine Flamme mehr durch die Auslassöffnungen 12 nach außen in die Atmosphäre oder an andere benachbarte Geräteteile gelangen kann. Da die Durchströmkissen 13 mehrfach von miteinander vermischten Explosionsgasanteilen und Flammen durchströmt werden, können die Durchströmkanäle in den Durchströmkissen 13 und den Anströmkissen 14 relativ großporig ausgeführt sein, wodurch diese keinen großen Druckwiderstand darstellen und auch durch große Staubanteile kaum zusetzbar sind. Durch die mehrmalige Umlenkung der Explosionsgase und Flammen sind diese stets soweit abgekühlt und in ihrer Ausströmgeschwindigkeit verringert, dass Flammen nicht mehr vorhanden sind und diese bei etwa viermaliger Umlenkung an den Auslassöffnungen 12 nur noch Raumtemperatur aufweise und durch herkömmliche Staubfilter geleitet werden können, um gleichzeitig auch einen Staubaustritt zu verhindern. Die labyrinthartigen Auslasskanäle 11 sind dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass sie geradlinig verlaufen und an den Umlenkstellen 16 um 180° umgeleitet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1369628 B1 [0003]
- DE 102011112123 A1 [0004]
