DE2013205C2

DE2013205C2 - Flammensperre

Info

Publication number: DE2013205C2
Application number: DE2013205A
Authority: DE
Inventors: William Arthur Castle Bromwich Warwickshire Gurney
Original assignee: Dunlop Holdings Ltd
Current assignee: Dunlop Holdings Ltd
Priority date: 1969-03-19
Filing date: 1970-03-19
Publication date: 1983-11-10
Also published as: NL7003692A; NL170100B; JPS567124B1; NL170100C; FR2035068A1; DE2013205A1; SE356018B; GB1290861A; US3711259A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Flammensperre, bestehend aus einem porösen Metallteil, welches in einer Halteeinrichtung in oder vor dem Durchgang für ein brennbares Gasgemisch angebracht ist.

Es ist eine derartige Flammensperre oder Explosionssicherung, die das Zurückbrennen von zündfähigen Gasen in Leitungen und Armaturen verhindern soll, aus porösem Werkstoff bekannt (DE-Zeitschrift »Schweißen und Schneiden«, 1956, Heft 5, Seiten 198—200), bei «> der die Flammensperre, anstelle der früher verwendeten porösen Keramik, aus porösen Sintermetallen besteht. Derartige poröse Sinnermetalle haben jedoch eine relativ geringe Porigkeiu, so daß der Strömungswiderstand durch die Flammensperre und damit die Drosselung der Strömung sehr erheblich ist. Dies führt zu der Notwendigkeil den Leitungsqufcrschnitt im Bereich der Flammensperre wesentlich größer, als in der übrigen Rohrleitung auszulegen.

Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung einer Flammensperre der eingangs genannten Art welche bei einer gleich günstigen technischen Wirkung wie sie Sintermetalle haben, einen wesentlichen größeren spezifischen Durchgangsquerschnitt und damit einen wesentlich geringeren Strömungswiderstand, als diese Sintermetalle aufweist

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß das poröse Metallteil aus Metallschaum mit dreidimensionalem, netzartigem Aufbau besteht dessen zellenartige Hohlräume miteinander in Verbindung stehen.

Durch die Verwendung eines derartigen Metallschaums wird der Strömungswiderstand ganz wesentlich vermindert, ohne daß dadurch die Sperrwirkung für Flammen oder die Lebensdauer gegenüber anderer bekannten Flammensperren vermindert wird

Ein derartiger Metallschaum, wie er erfindungsgemäß als Flammensperre verwendet wird, ist zwar als Filterelement oder als Stützelement für Filtermassen, z. B. Asbest oder andere Fasermaterialien oder auch als Katalysatorelement bekannt (FR-PS 15 44 002). Die physikalischen Anforderungen an Filterelemente sind jedoch völlig unterschiedlich von den an Flammensperren gestellten. Bei Flammensperren geben die Flammen oder entzündete* Gase beim Durchströmen der Sperre soviel Wärme an das poröse Medium ab, daß sie beim Verlassen der Sperre bis unter den Zündpunkt abgekühlt sind und nicht weiter brennen, bzw. ist die flammenlöschende und explosionshemmende Eigenschaft der Flammensperre auf die Drosselwirkung der labyrinthartigen Kanäle des Porenkörpers zurückzuführen, durch die eine Fortpflanzung der Zündung verhindert wird. Flammensperren üben also in keinem Fall ein mit der Filterwirkung vergleichbare Wirkung aus, sondern sie wirken entweder durch Wärmeabführung, also thermisch oder durch Drosselwirkung, also pneumatisch. Die Eigenschaften eines Filters dagegen sind lediglich auf eine mechanische Trennung von zwei Substanzen gerichtet.

Das erfindungsgemäße Metallschaumteil mit dreidimensionalem, netzartigem Aufbau wird vorzugsweise durch galvanische Abscheidung oder auch durch Sprühen oder Tauchen des Metalls auf einem porösen Grundmaterial hergestellt. Das poröse Material kann in Form eines Faseragglomerats, beispielsweise eines Fiizmaterials oder eines schwammartigen Materials oder Schaumstoffes, beispielsweise als natürlicher Schaum oder Kunstharzschaum vorliegen. Wenn ein hoher Grad an Porosität erforderlich ist, wird vorzugsweise als Schaum ein vernetzter bzw. retikulierter Schaum verwendet, beispielsweise Schaum, bei welchem die organische Phase ein dreidimensionales Gitterwerk mit keinen wesentlichen zellbegrenzenden Wandteilen ist. Ein derartiger retikulierter Schaum kann dadurch erzeugt werden, daß die relativ dünnen Zellwände eines aufgeschäumten Materials entfernt werden, bei Polyurthanschäumen z. B. durch wäßriges Natriumhydroxyd.

Zum galvanischen Abscheiden des Metalles muß das poröse Material elektrisch leitend sein oder aber durch eine leitende Oberflächenschicht leitend gemacht werden. Nicht leitende Werkstoffe können durch Zusatz von Graphit, Metallpulver od. dgl. selbst leitend gemacht werden. Eine leitende Oberflächenschicht kann dadurch aufgebracht werden, daß das Material mit einem härtbaren Harz überzogen wird, das einen

leitenden Zusatz enthält oder durch chemisches Abscheiden eines Metalls, beispielsweise durch Reduktion von ammoniak-alkalischem Silbernitrat in situ. Wenn eine chemische Abscheidung verwendet wird, wird vorzugsweise die Oberfläche mit einem oder mehreren Sensibilisatoren behandelt, bei Silber z.B. Zinnchlorid, gefolgt von Palladhimchloryd.

Als galvanisch abscheidbare Metalle werden vorzugsweise Nickel oder Eisen, ggf. auch Silber, Kupfer oder Chrom verwendet. In manchen Fällen können legierte Schaummaterialien durch Plattieren mit der Legierung selbst hergestellt werden. Es können aber auch zwei oder mehr Metalle aufeinander folgend abgeschieden, und die Legierung durch Erhitzen des Schichtwerkstoffs gebildet werden. Stahlschäume können dadurch hergestellt werden, daß man die erforderlichen Mengen von Kohlenstoff und/oder Stickstoff nachträglich zuführt Der Kohlenstoff kann z. B. aus dem den Basisschaum bildenden organischem Material deriviert oder einem Elektroplattierbad zugegeben werden.

Das Metallschaumteil kann auch aus einem Chromnetzwerk bestehen, das bevorzugt durch Verchromen eines Eisen- oder Nickelschaumes hergestellt wird. Dazu kann ein Eisenschaumteil in einen Behälter gebracht werden, der mit einem Gemisch von Chrom- und Aluminiumoxydpulver gefüllt ist Darauf wird über vier Stunden auf 1300⁰C in Wasserstoffatmosphäre erhitzt

Zum Verchromen eines Eisenschaumteils kann auch Wasserstoff und Chlorwasserstoff mit Chrom reagieren und Chromchloryd bilden. Man läßt dieses mit der »,Metalloberfläche reagieren, auf der es freies Chrom absetzt, welches in die Eisenfläche diffundiert und einen harten Überzug mit einer Tiefe zwischen 0,0127— 0,127 mm erzeugt Diese Oberzugschicht enthält 10-30% Chrom.

Es kann auch das Metallschaumteil in Chromcarbonyldampf bei einer Temperatur von 450° —600° solange erhitzt werden bis die erforderliche Menge an Chrom abgeschieden ist. Das die Flammensperre bildende ■»<> Metallschaumteil kann dabei nur an den Flächen Chrom aufweisen, die gegen die Flammenfront gerichtet sind.

Das Metallschaumteil kann auch einen Überzug aus keramischem Material aufweisen. Dazu kann auf den Metallschaum eine Emaille bzw. eine Glasur aufge- «5 bracht werden, daß es in ein Bad oder ein Wirbelbett von trockenem Keramikmaterial getaucht wird oder Elektrophoreseverfahren angewendet werden. Danach wird der Schaumteil getrocknet und bis auf Verglasungstemperatur erhitzt.

Das auf diese Weise hergestellte Metallschaummaterial kann zur Erzielung gewünschter physikalischer Eigenschaften in bekannter Weise wärmebehandelt werden.

Das poröse Metallteil kann eine Anzahl von Schichten aus porösem Metall umfassen. Es können zwei oder mehr Schichten durch Schweißen oder Kleben miteinander verbunden sein. Wenn ein mehrschichtiges poröses Metallteil verwendet wird, ist vorzugsweise die Porosität der der Flammenfront gegenüberliegenden Schicht größer, als die der von der Flammenfront abgelegenen Schicht. Dabei kann die Porosität der der Flammenschicht gegenüberliegenden Schicht 6—24 Poren/cm, und die Porosität der von der Flammenschicht abliegenden Schicht 15—40 Poren'cm betragen.

Eine Halteeinrichtung für das poröse Metallteil kann an diesem direkt ausgebildet oder daran abnehmbar befestigt sein. Das direkte Anbringen kann durch Schweißen oder Kleben erfolgen; wenn das poröse Metallteil durch galvanische Abscheidung von Metall gebildet wird oder aus einem porösen Substrat besteht, kann die Halteeinrichtung mit dem Metallteil durch gleichzeitiges Plattieren aus einem Stück hergestellt werden. Wenn das poröse Metall aus einem Metallschaum besteht, kann, falls gewünscht, die Halteeinrichtung durch Komprimieren des Metallschaumes geformt werden. Dabei werden der ganze Randteil oder ein oder mehrere Abschnitte des Randteils zusammengepreßt Der Schaum kann entweder vor, während oder nach der Abscheidung von Metall komprimiert werden, wenn das poröse Metallteil durch Plattieren eines retikulierten Schaummaterials hergestellt wird.

Für den Fall, daß das poröse Metallteil von der Halteeinrichtung trennbar ist, kann diese ein Hohlteil mit einem Flansch an einem oder beiden Enden umfassen. Wenn es andererseits erwünscht ist, die Flammensperre angrenzend an eine öffnung zu befestigen, kann die Halteeinrichtu.vg ein Ring mit einem Flansch sein, wobei die Flammensperre an der Wand durch Befestigung der Halteeinrichtung angebracht werden kann.

Das erfindungsgemäße Halteteil kann verschiedene Formen -ind gewünschtenfalls eine Kombination von zwei oder mehr der obigen Merkmale aufweisen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

F i g. 1 zeigt im Längsschnitt ein Rohr mit einer Ausführungsform einer angebrachten Flammensperre.

Fig.2 zeigt im Längsschnitt eine weitere Ausführungsform der Flammensperre, die angrenzend an eine Öffnung angebracht ist

Fig.3 zeigt eine andere Ausführungsform der Flammensperre ebenfalls angrenzend an eine Öffnung.

F i g. 4 zeigt im Längsschnitt eine Flammensperre, die am Ende eines Rohres verwendet wird.

Fig.5 zeigt eine andere Ausführungsform der Flammensperre für die Verwendung am Ende des RohriS im Schnitt.

F i g. 6 zeigt eine Ausführungsform der Flammensperre, die angrenzend an eine Öffnung angeordnet ist

F i g. 7 ist eine Draufsicht auf die in F i g. 6 gezeigte Flammensperre.

Fig.8 ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Flammensperre.

Die in Fig. 1 gezeigte Flammensperre 10 hat kreisförmigen Querschnitt und ist in einem Rohr 13 angeordnet Sie hat ein poröses Metallteil 11, das aus einem retikulierten bzw. vernetzten Polyurethanschaum besteht, der mit Nickel elektroplattiert ist. Das Metall- oic wird durch Flansche 12, die am Ende eines Rohres 9 vorgesehen sind, in Lage gehalten. Die Flammensperre 10 kann in dem Rohr 13 durch. Reibung oder durch ein Gegenlager für die Flansche 12 befestigt sein.

Die in F i g. 2 gezeigte Flammensperre mit kreisförmigem Querschnitt ist in einer Lage angrenzend an eine öffnung 20 in einer Wand 17 gezeigt und weist ein poröses Metallteil 14 auf, das aus einem retikuüerten Polyurethanschaum besteht, welcher mit Eisen elektroplattiert ist, und das gegen die Wand 17 durch einen Flansch eines Metallringes 15 in seiner Lage gehalten ist Die Flammensperre ist an der Wand 17 durch Schrauben 18, die durch die Wand 17 und den Metallring 15 hindurchgehen, mit Muttern 19 und Beilagscheiben

21 befestigt. Zwischen die Wand 17 und das poröse Metallceil 14 ist eine Dichtung 16 eingesetzt.

In F i g. 3 ist eine Flammensperre mit kreisförmigem Querschnitt angrenzend an eine Öffnung 24 in einer Wand 25 gezeigt. Die Flammensperre besteht aus einem Metallteil 22 aus porösem Schaum, der durch Elektroplattieren von retikuliertem Polyurethanschaum mit Nickel hergestellt ist und gegen die Wand 23 durch Metallhülsen 23 in Lage gehalten ist, die durch das poröse Metallteil 22 hindurchgehen. Die Flammensperre ist an der Wand durch Muttern 28 und Schrauben 27 befestigt. Zwischen die Wand 25 und das poröse Metallteil 22 ist ein Dichtungsring 26 eingesetzt.

F i g. 4 zeigt eine Flammensperre mit kreisförmigem Querschnitt, die aus einem porösen Metallteil 29 besteht, das durch Elektroplattieren eines retikulierten Polyurethanschaums mit Nickel hergestellt wird, der in einem Ende eines Hohlteils 30 durch einen Flansch 31 gehalten ist Das andere Ende des Hohlteils 30 ist mit einem Innengewinde 32 versehen, so daß es auf ein Rohr aufgeschraubt werden kann, wobei die beiden Teile des Hohlelements 30 durch ein Stumpfkegelteil 33 verbunden sind.

F i g. 5 zeigt eine Flammensperre von kreisförmigem Querschnitt, die aus einem porösen Metallteil 34 aus einem mit Nickel plattierten retikulierten Polyurethanschaum besteht, der innerhalb einer Sechskant-Muffe 36 angeordnet ist, die mit einem Flansch 38 und einem Rohrgewinde versehen ist. Zwischen dem Flansch 38 und dem porösen Metallteil 34 ist eine Dichtung 35 angeordnet. Das poröse Metallteil 34 ist in der Sechskant-Muffe 36 durch einen Gewinde-Rohrstopfen 37 gehalten.

Die in F i g. 6 gezeigte Flammensperre ist ebenfalls im Querschnitt kreisförmig und in einer Lage angrenzend an eine Öffnung 43 in einer Wand 44 gezeigt. Die Flammensperre besteht aus einem porösen Metallteil 40, das durch Elektroplattierung eines vernetzten Polyurethanschaums mit Nickel hergestellt ist, der dann verchromt wurde. Das Metallteil hat außerhalb der Öffnung 43 zusammengepreßte Abschnitte 45. Zwischen der Wand 44 und dem porösen Metallteil 40 ist eine kreisförmige Dichtung 41 angeordnet. Die Flammensperre ist an der Wand 44 durch Muttern und Schrauben 42 befestigt, die durch die zusammengepreßten Abschnitte 45 hindurchgehen.

F i g. 7 zeigt die Flammensperre 39, bei der das poröse Metallteil 40 im Umfangsabschnitt örtlich bei 45 zusammengepreßt ist, um das Anbringen an der Wand 44 mit Hilfe von Muttern und Schrauben 42 zu erleichtern, die durch die Löcher 46 in den zusammengepreßten Teilen 45 des Umfangsabschnittes hindurchgehen.

Fig.8 zeigt eine Flammensperre 47, bei der der Randabschnitt 48 des porösen Metallteils 50, das durch Plattierung von retikuliertem Polyurethanschaum mit Nickel hergestellt ist, zusammengepreßt ist. Der Randabschnitt 48 ist mit Löchern 49 versehen, durch welche Befestigungseinrichtungen zum Anbringen der Flammensperre 47 an einer Wand hindurchgeführt werden.

Wirkungsweise:

Die untersuchte Flammensperre besteht aus zwei 12,7 mm dicken Bahnen eines verchromten, mit Nickel plattierten retikulierten Polyurethanschaums mit 31 Poren/cm, die längs ihrer Seitenränder zusammengekittet und in einen Metallrahmen eingeklebt sind, der eine

Ό 2,54 cm breite Klemmfläche zum Befestigen der Flammensperre hat. Die Flammensperre wird mit dem 2,54 cm-Flansch eines Explosionsbehälters unter Zwischenlage einer Dichtung verbolzt. Die Teilfläche, die für eine explosionsartige Freigabe verfügbar ist, ist

is rechteckig und hat die Abmessungen 20 · 15cm. Die inneren Abmessungen des Explosionsbehälters betragen 20· 15 -7,6 cm. Dieser Behälter wird in einer zweiten Kammer angeordnet. Für jeden Versuch wird die Vorrichtung evakuiert und dann mit dem erforderli chen vorgemischten Gasgemisch bei Atmosphären druck gefüllt. Die Mischung in dem inneren Behälter wird durch einen Hochspannungsfunken gezündet. Für die meisten Versuche ist die Funkenquelle an der Wand des Explosionsbehälters angeordnet und befindet sich etwa 7,6 cm von der Fläche des Verschlußteils entfernt. Bei den übrigen Versuchen: wie nachstehend ausgeführt, erfolgt die Zündung in der Mitte des porösen Met?!lteils und 1 cm von seiner Fläche entfernt. Zur Messung des Explosionsdrucks im Innenbehälter wer den druckdurchlässige Einrichtungen verwendet.

Es werden zehn Versuche mit Wasserstoff/Luft- und Axetylen/Luft-Gemischen durchgeführt. In jeder Versuchsreihe werden drei der zehn Versuche so durchgeführt, daß sich die Zündquelle in der Nähe der Fläche des porösen Metallteils befindet. Bei diesen Versuchen erfolgt keine Zündung des außerhalb befindlichen Gemisches.

Die Spitze des Explosionsdrucks, der sich in dem Innenbehälter entwickelt, liegt bei etwa 0,1 bis 0,21 kg/cm² bei beiden Gasgemischen.

Einige zusätzliche Versuche werden unter Verwendung einer reduzierten Druckfreigabefläche durchgeführt. Diese wird dadurch erreicht, daß eine Bahn aus Dichtungsmaterial zwischen der Flammensperre und dem Innenbehälter angeordnet wird. Eine rechteckige Öffnung von 5 · 63 cm wird an der Mitte der Bahn vorgesehen, so daß man eine Freigabefläche von annähernd 10% der insgesamt verfügbaren Verschlußfläche erhält Mit dieser Anordnung werden drei

Versuche mit Wasserstoff/Luft-Gemischen und fünf Versuche mit Acetylen/Luft-Gemischen durc'.geführt. Ein Überschlagen der Zündungen wird nicht festgestellt Die Explosionsdruckspitze bei diesen Versuchen liegt

bei etwa 1,75 bis 2,1 kg/cm².

Es konnte keine sichtbare Beschädigung des porösen Metallteils nach den ersten Versuchsreihen festgestellt werden, es waren lediglich geringfügige Verfärbungen nach den Versuchen mit der verringerten Freigabefläche zu sehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flammensperre bestehend aus einem porösen MetaUteü, welches Li einer Halteeinrichtung in oder vor dem Durchgang eines brennbaren Gasgemisches angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Metallteil (11,14,22,29,34,40, 50) aus Metallschauia mit dreidimensionalem netzartigem Aufbau bestetot, dessen zellenartige Hohlräume miteinander in Verbindung stehen.

2. Flammenspern: nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB· der Metallschaum aus einer galvanischen Abscheidung eines Metalls auf einem Grundmaterial aus retikuliertem Schaum besteht

3. Flammensperre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daB. der retikulierte Schaum ein vernetzter Polyurethanschaum ist

4. Flammensperre nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Nickel oder Eisen ist

5. Flammensperre nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, dall das poröse Metallteil aus verchromtem Eisen .ader Nickel besteht

6. Flammensperre nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet daß das poröse Metallteil eine Vielzahl von Schichten aus porösem Metall umfaßt

7. Flammensperre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten durch Schweißen miteinander verbunden sind.

8. Flammensperre nach Anspruch 6 oder 7. dadurch gekennzeichnet daß die Porosität der Schicht, die der Flamnwnfront gegenüberliegt größer ist als die· der von der Flammenfront abgelegenen Schicht

9. Flammensperre nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Porosität der Schicht, die der Flammenfront gegenüberliegt 6 bis 24 Poren pro cm hat

10. Flammensperre nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität der Schicht, die von der Flammenfront abliegt, 15 bis 40 Poren pro cm hat.

11. Flammenspern; nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung ein Hohlteil (15, 26, 30, 36) mit einem Flansch an einem oder beiden Enden einschließt.