DE1927221A1 - Vorrichtung zur gleichzeitigen Absperrung zweier Druckleitungen - Google Patents

Description

• Errichtung zur gleichzeitigen @sperrung zweiter Druckleitunge Die Erfindung berifft eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Absperrung zweier Druckleitungen bei Auftreten eines unzulässigen Druckabfalles in einer der beiden Leitungen.
• Vorrichtungen dieser Art finden vorzugsweise bei Brennstoffelementen Verwendung. Dort besteht die Notwendigkeit, bei Ausfall des Brennstoffes (Wasserstoff), beispielsweise durch einen Bruch der Brennstoffleitung, unberzüglich die weitere Zufuhr von Oxydationsmittel (Sauerstoff) zum Brennstoffelement zu unterbinden, da durch eine alleinige Einspeisung von Oxydationsmittel in die Brennstoffzelle diese erheblich beschädigt und funktionsunfähig würde. Außerdem wird gefordert, daß die Brennstoffleitung bei einem Bruch automatisch abgesperrt wird, um unnötige Brennstoffverluste zu vermeiden.
• Den gestellten Forderungen wurde bisher dadurch entsprochen, daß blau Iii (teil Zuführungslei tungen für den Brennstoff und das Oxydationsmittel Magnetventile anordnete, welche durch einen dem Brennstoffelement entnommenen elektrischen Strom in Offenstellung gehaLten werden. Da bei Ausfall der Betriebsmittel sofort die Stromerzeugung zusammenbricht, schließen demzufolge dann die Magnetventile und sperren die beiden Zuführungsleitungen ab.
• Nachteilig bei der Verwendung von Magnetventilen ist, daß sie dem Brennstoffelement während des Betriebes dauernd Strom entnehmen und dementsprechend das Brennstoffelement in seiner Leistung größer dimensioniert sein muß. Daraus ergibt sich eine Verteuerung der Anlage. Außerdem wachesen die Betriebskosten, was die Wirtschaftlichkeit senkt, und durch den erhöhten Betriebsmittelverbrauch kann schließlich eine Verkürzung der Wartungsintervalle nötig werden, was sich insbesondere dann in hohem Maße nachteilig auswirkt, wenn die Brennstoffelemente an abgelegenen und schlecht zugänglichen Orten, wie z.B. in Leuchtbojen oder im Gebirge an Senden etc., zum Einsatz kommen. Gerade an sochen Orten aber sollen Brennstoffelemente vielfach Verwendung finden.
• Um die zuvor genannten Nachteile zu vermeiden und die Brennstoffelemente in ihrer Wirtschaflichkeit zu verbessern und ihre Anwendbarkeit universeller zu gestalten, hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die unabhängig vom Strom des Brennstoffelementes und ohne jegliche andere Hilf senergie arbeitet und such dabei durch einfachen konstruktiven Aufbau sowie höher Betribssicherheit bei rationeller Fertigung und eine acher Lagerhaltung auszeichnet.
• Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß in der Verwendun eines in der einen ersten Leitung angeordneten und durch deren Mediumdruck gesteuerten, bei einem unzulässigen Druckabfall selbsttätig schliebenden ersten Ventils und eines in der asdere zweiten Leitung angeordneten gegen deren Mediumdruck entlastete und dem Mediumdruck der ersten Leitung in Offnungsrichtung dire ausgesetzten zweiten Ventils, wobei die installation der vorrichtung beispielsweise bei Brennstoffelementen derart erfolgt, daß die erste Leitung den Brennstoff und die zweite Leitung das Oxydationsmittel führt. Dadurch wird der Druck des Brennstoffes als Steuergröße für beide Ventile benutzt und bei Brennstoffmangel, der sich als Druckabfall in der ersten Leitung auswirkt schließen beide Ventile. So ist den Sicherheitsanforderungen in einfacher und vorteilhafter Weise entsprochen, ohne daß wie bisher ein Teil der Leistung des Brennstoffelementes hierfür benötigt wird.
• Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Entnahmestelle für den Druckimpuls zur Steuerung des zweiten Ventils in Strömungsrichtung gesehen hinten der Absperrstelle des ersten Ventils vorgesehen ist, wodurch die Vorrichtung sowohl bei einem Druckabfall vor wie auch hinten dem ersten Ventil anspricht.
• Weiterhin wird es erfindungsgmäß als vorteilhaft angesehen, eins oder beide Ventile als entgegen der Strömungsrichtung unter Frderbelastung schließende Membranventile auszubilden, wobei in bevorzugter weise nach einem weiteren Merkmal der Erfindung beide Ventile aus gleichen, im wesentliche flachen scheibenförmige mit radial angeordneten Min- und Auslaßöffnungen sowie einem axial angeordneten ventilsitz versehenen Gehäuseunterteilen und ebenfalls gleichen die Schließfeder aufnehmenden Gehäuseaufsätzen bestehen. Hierdurch ist eine weitgehende Rationalisierung in der Herstellung durch gleiche Güßformen und übereinstimmende Bearbeitungsvorgänge bei beiden Ventilen erreicht.
• Außerdem vereinfacht sich die Lagerhaltung, und schließlich bauen die Ventile klein und einfach.
• Um die Vorrichtung im ganzen kompakt bauend zu gestalten, sind gemäß der Erfindung beide Ventile mit einender zugewandten bodeflächen zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt. Dabei kann zwischen den einander zugewandten Boden lächen der beiden Ventile eine der Druckentlastung für das zweite Ventil und der Übertragung des Druckimpulses aus der ersten Leitung dienende Arbeitsmembran angeordnet sein. Diese Arbeitsmembran steht mit <l<iii 1 1: t (ii tll 1 1 1 <ttiit. 11 t' 1 iitit l<iiia1 <1 l .,- 1 i.t'itis ci tl g iiii<l 1! i 1. <Itiii zweiten Ventil durch einen weiteren Kanal zuströmseitin in wirkverbindung und ist außerdem mit der Absperrmembran des zweiten Ventiles verbunden.
• Eine weiter erfindungsgemäße Ausführungsform besteht darin, daß der zur Druckentlastung der Absperrmembran des zweiten Ventils und der Impulsübertragung vom ersten Ventil auf das zweite Ventil dienenden Arbeitsmembran mit Abstand eine zweite Arbeitsmembran zugeordnet ist, die mit der ersten Arbeitsmembran und der Absperrmembran des zweiten Ventiles stark verbunden ist. Die beiden Ventile können über Zwischenring miteinander verbunden sein, wobei die eine Arbeitsmembran zwischen der Bodenfläche des ersten Ventils und der einen Stirnfläche des Zwischen ringes und die andere Arbeitsmembran zwischen der Bodenfläche des zweiten Ventils und der anderen Stirnfläche des Zwischenringes eingespannt gehalten ist.
• Durch die Anordnung zweier Arbeitsmembrane wurde erreicht, daß bei einer Beschädingung einer Arbeitsmembran die Trennung Betriebsmittelkompomemten, vorzugeweise wasserstoff und @uerstoff gewahrt bleibt und damit eine krafts bildung @ ist. Auch gelangt durch die Arbeitsmembran @ Wasserstoff erst einmal in den @@nginnenraum zwischen idem Arbeitsmembranen und kann von dort über den Ringinnenraum mit der Atmosphäre verbindenden Bohrungen entweichen. Dies stellt eine erhebliche Erhöhung der Betriebssicherheit dar.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes gezeigt.
• Eine Leitung 1 führt Brennstoff zu einem nicht näher dargestellten Brennstoffelement, während eine Leitung 2 Oxyddationsmittel zu besagtem Brennstroffelement leitet. Inder Leitung 1 ist ein Ventil 3 angeordnet, das bei einem unzulässigen Druckabfall in dieser Leitung 1 automatisch schließt. Die Leitung 2 weist ein Ventil 4 auf, welches gegen den Mediumdruck der Leitung 2 entlastet und durch den Druck in der Leitung 1 in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist.
• Beide Ventile 3, 4 sind als Membranventile ausgebildet, die unter Federbelastung entgegen der Strömungsrichtung schließen. Sie bestehen im wesentlichen jeweils aus einem scheibenförmigen Gehäuseunterteil 5, 6 mit axial angeordnetem Ventilsitz 7, 8 und einem Gehäuseauf satz 9, 10, der eine schließfeder 11, 12 aufnimmt. Eine mit dem Ventilsitz 7, 8 zusammenwirkende Absperrmembran 13, 14 ist dabei zwischen dem Gehäuseunterteil 5, 6 und dem Gehäuseaufsatz 9, 10 dichtend eingeklemmt gehalten, so daß es zur Befestigung der Abspermembran 13, 14 keiter zusatzlichen Mittel bedarf, Um die Federkraft dosieren und din jeweiligen Anforderungen anpassen zu können, weisen außerdem die Gehäuseaufsätze 9, 10 schraubverstellbar angeordnete Widerlager 15, 16 für die Schließfedern 9, 10 auf, welche aber Federteller 17, 18 auf die Absperrmembranen 13, 14 einwirken. Schließlich ist jedes der Ventile 3, 4 mit einer Handhabe 19, 20 ausgerüstet, die über eine den Gehäuseaugsatz 9, 10 durchsetzende Spindel 21, 22 mit dem Federtelier 17, 18 zur Aufhebung der Federbelastung auf die Absperrmembran 13, 14 verbunden ist.
• Mit einander zugewandten Bodenflächen sind die Ventile 3, 4 unter Linschaltung eines mit radialen Bohrungen 23 versehenen Zwischenringes 24 zu einer baulichen Einheit verschraubt, wobei zwischen der Bodenfläche des Ventiles 3 und dem Zwischenring 24 eine Arbeitsmembran 23 sowie zwischen der Bodenfläche des Ventils 4 und dem Zwischenring 24 eine weitere Arbeitsmembran 26 eingespannt gehalten ist.
• Hierbei stht die Arbeitsmembran 25 durch einen Kanal 27 des Ventils 3 unter dem Druck des abströmeden Mediums der Leitung 1 während die Arbeitsmembran 26 über einen Kanal 28 des Ventils 4 vom zuströmenden Medium der Leitung 2 beaufschlagt wird. Die Arbeitsmembranen 25, 26 sind über ein Verbindungsglied 29 mit einander und durch eine Stage 30 mit der Absperrmembran 14 des Ventils 4 fest verbunde.
• Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Der Brennstoff und das Oxydationsmittel strömen in Pfeilrichtung durch die Leitungen 1, 2 zu den durch die Kraft der Schließfedern 11, 12 in Schließstellung gehaltene Ventilen 3, 4. Über die Handhaben 19, 20 werden die Ventile 3, 4 in Offenstellung gebracht, so daß der Brennstoff und das Oxydationsmittel sie durchströmen. Der Druck des Brennstoffes wirkt nach dem Öffnen nunmehr auf die gesamte Fläche der Absperrmembran 13, wobei der Mediumdruck das Ventil @ gegen die Einwirkung der Schließfeder 11 in Öffenstellung hält.
• In d-etn von Hand geöffneteli Ventil wirkt der Druck der Leitung 2 in Üffnungsrichtung auf die Absperrmembran 14 und in Schließrichtung auf die Arbeitsmembran 26, so daß es vom Druck der Leitung 2 entlastet ist uiid ie<1iglich durch dcii Druck der Leitüng 1 über die Arbeitsmembran 25, das Verbindungsglied 29 und die Stäge 30 entgegen det Kraft der Schließfeder 12 in Offenstellung gehalten wird.
• Tritt nun der Leitung 1 ein Druckabfall auf, beispielsweise infolge einer Leckstelle, überwlegt die Kraft der Schließfeder 1 dem Druck in der Leitung 1 und bringt die Absperrmembran 13 abdichtend auf dem Ventilsitz 7 zur Anlage. Außerdem sinkt mit dem Druckt der Leitung 1 auch die durch die Absperrmembran 25 auf das Ventil 4 einwirkende Öffnungskraft, so daß die Feder 12 die Ab-Absperrmembran 14 auf den Ventilsatz 8 drückt. Somit wird bei einen Ausfall von Brennstoff zum einen die Leitung abgesperrt und, sofern der Rohrbruch abströmseitig liegt, ein Auaströmeii von Brennstoff vermieden, zum anderen wird die weitere Zufuhr von Oxyddationsmittel zum Brennstoffellement unterbunden und dadurch eine Beschädigung desselben verhindert.
• Zur neuerlichen Inbetriebnahme nach Beseitigung der Störungs ursache ist, wie eingangs erklürt zu verfahren und <Ije Ventile 3, 4 sind mittels ihrer Handjiaben 19, 20 manuell zu öffnen.
• Die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist selbstverständlich nicht auf Brennstoffelemente beschränkt, sondern ist auch für andere geeignete Einsatzfälle denkbar.

Claims (14)

Patentanschprüche :

1. Vorrichtung zur gleichzeitigen Absperrung zweier Durckleitungen bei Auftreten eines unzulässingen Druckalbfalles in einer bei beidem Leitungen, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Verwendung eines in der einem ersten Leitung (1) angeordneten und durch deren Mediumdurck gesteuerten, bei einem unzulässingen Durckabfall selbsttätig schließen den ersten Ventils (3) und eines in der anderen zweiten Leitung (2) angeordneten gegen deren Mediumdruck entlasteten und dem Mediumdruck der ersten Leitung (1) in Öffnungsrichtung direckt ausgesetzten zweiten Ventile (4).

2. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Entnahmestelle für den Druckimpuls zur Steuerung des zweiten Ventils in Strömungsrichtung geschen hinter der Absperstelle des ersten Ventils (3) vorgeschen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß eins oder beide Ventile (3, 4) als entgegen der Strömumgsrichtung unter Federbelastung schließende Membranventile ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß beide Ventile (3, 4) aus gleichen, im wesentlichen flachen scheibenförmigen, mit radia angeordneten Ein- und Auslaßöffnungen sowie einem axial angeordneten Ventilsitzt (7, 8) versehen Gehäuseunterteilen (5, 6) und ebenfalls gleichen die Schließfedern (11, 12) aufnehmenden Gehäuseaufsätzen (9, 10) bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Gehäuseaufsätze (9, 10) schraubverstellbar angeordnete Wiederlager (15, 16) für die Schließfedern (11, 12) aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die mit dem Ventilsitz (7, 8) zusammenwirkende Absperrmembran (13, 14) eines jeden Ventils (3, 4) zwischen dem Gehäseunterteil (5, 6) und dem Gehäuseaufsatz (9,10) dichtend eigespannt gehalten ist.

7. Vorichtung nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß jedes der Ventile (3, 4) eine Handhalbe (19, 20) aufweist, die mit einem als Wiederlagen für die Schließfeder (11, 12) dienenden, auf die Absperrmembran (13, 14) einwirkenden Federteller (17, 18) Aufhebung der Federbelastung von der Absperrmembran verbunden ist.

8. Vorichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Handhaben (19, 20) mit dem mit der Absperrmembran (13, 14) in Wirkverbindung stehenden, als Auflager für Schließfeder (11, 12) dienenden Federteller (17, 18) über eine den Gehäusesatz (9, 10) axial durchsetzende Spindel (21, 22) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß beide Ventile (3, 4) zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß beide Ventile (3, 4) mit einander zugewendten Bodenflächen zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt sind.

11. Vorichtung nach Anspruch 1 bis 10, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den einander zugewandten Bodenflächen der beiden miteinender verbundenen Ventile (3, 4) eine der Druckenlastung für das zweite Ventil (4) und der Übertragung des Druckimpulses aus der ersten Leitung (1) dienende Arbeitsmembran (25) angeordnet ist, wobei die Arbeitsmembran (25) mit dem ersten Ventil (3) durch einem Kanal (27) abströmseitig und mit dem zweiten Ventil (4) durch einem weiteren Kanal (28) zuströmseitig in Wirkverbindung steht und die Arbeitsmembran (25) mit der Absperrmembran (14) des zweiten Ventiles (4) verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der zur Druckentlastung der Absperrmambran (14) des zweiten Ventils (4) und der Impulsübertragung vom ersten Ventil (3) auf das zweite Ventil (4) dienenden Arbeitsmembran (25) Abstand eine zweite Arbeitsmembran (26) zugeordnet ist, die mit der ersten Arbeitsmembran (25) und der Abspermembran (14) des zweiten Ventils (4) starr verbunden ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 12, d a d u r c h g e -k e n n z e i c 11 n e t , daß die beiden Ventile (3,4) über einen Zwischenring (24) miteinander verbunden sind, wobei di Arbeitsmembran (25) zwischen der Bodenfläche des ersten Ventils (3) und der einen Stirnfläche des Zeischenringes (24) und die Arbeitsmembran (26) zwischen der Bodenfläche des zweiten Ventils (4) und der anderen Stirnfläche des Zwischen ringes (24) eingespannt gehalten ist.

14. Vorrichtung n,£-ich Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n nz e i c h, n e t , daß der Zwischenring (24) radiale den Ringinnenraum mit der Atmosphäre verbindende Bohrungen (23) aufweist.

L e e r s e i t e