DE2715110A1

DE2715110A1 - Brennkraftmaschine mit explosionsschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE2715110A1
Application number: DE19772715110
Authority: DE
Inventors: John Pluck; Philip Greenwood Tyrer
Original assignee: Pyroban Ltd
Current assignee: Pyroban Ltd
Priority date: 1976-04-05
Filing date: 1977-04-04
Publication date: 1977-10-13
Also published as: JPS5314209A; US4201178A

Description

FIBOBAH LINITEI), Endeavour Vorka, Star Road Estate, Partridge Green, Horsham, Sussex BH13

Großbritannien Brennkraftmaschine ait Explosionsschutzeinrichtung.

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine für entflammbare Gase enthaltende Umgebungen mit einer Explosions· Schutzeinrichtung für ihre heifien Oberflächen insbesondere der Auspuffanlage.

Brennkraftmaschinen an Mineralöl verarbeitenden Anlagen, in Gruben oder an anderen Plätzen an denen entflammbare Materialien vorkommen, stellen eine Entzündungsgefahr für diese Materialien oder deren Dämpfe dar, wenn diese mit heißen Oberflächen der Maschine in Verbindung kommen beispielsweise mit dem Auspuffkrümmer oder einem Turbolader.

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Bestirnte Däepfe wie z.B. einige Kohlenwasserstoffe können als LuftgeMlsoh gezündet oder zur Explosion gebracht werden, wenn sie alt diesen Oberflächen bei deren Betriebstemperatur in Berührung können. In bestirnten FMIlen nüssen also Vorkehrungen getroffen werden, um dies zu verhindern, üblicherweise werden die Oberflächentenperaturen heißer Oberflächen Ton beispielsweise Dieselmotoren, die zum Gebrauch an ölbohrtürMen vorgesehen sind, aus Sicherheitsgründen auf etwa 200° bis 250° C begrenzt. Bei bekannten Einrichtungen der eingangs genannten Art geschieht dies z.B. durch Wasserkühlung der heißen Oberflächen. Durch solche Maßnahmen wird der Motor jedoch größer« schwerer und teurer.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Machteile dieser bekannten Konstruktionen zu ver— Meiden·

Diese Aufgabe wird erfindungagenäß dadurch gelöst, daß die heißen Oberflächen von einer Abdeckung ungeben sind, deren diese Oberflächen umgebender InnenrauM Mit einer

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Vorrichtung zum Einlassen nicht entflammbaren Strömungsmediums im Gefahrenfalle in Verbindung steht. Bei dieser Konstruktion werden unter normalen Itaweltbedingungen die Temperaturen der heißen Oberflächen nicht gesenkt. In diesem Betriebszustand arbeitet der Motor also unbeeinflußt von der Sicherheitseinrichtung und somit günstiger. Erst wenn der Gefahrenfall, d. h. also entflammbare Gase auftreten, wird die Einlaßvorrichtung betätigt, woraufhin nicht entflammbares Medium in die unmittelbare Umgebung der heißen Oberflächen eingebracht wird. Dadurch werden diese gekühlt und es wird um diese herum eine inerte Umgebung geschaffen, die entflammbare Gase fernhält.

Vorteilhaft ist die Einlaßvorrichtung zu ihrer Betätigung mit einem in der Nähe des Motors angeordneten Fühler für entflammbare Gase verbunden. Diese Ausbildung sichert das automatische Ansprechen der Explosionsschutzeinrichtung beim Auftauchen entflammbarer Gase.

Vorteilhaft findet als fimtfet a£s nicht entflammbares

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Strömungsmedium ein Inertgas Verwendung. Ale solche Gase können beispielsweise Kohlendioxid oder vorsugaweiae halogen!eierte Gase wie etwa das unter dem Varenzeiohen "Halon" in Großbritannien bekannte Gas dienen. Gas muß in geeigneter Menge eingegeben werden, damit sowohl die Oberfläohentemperatur auf einen annehmbaren Vert gesenkt wird als auch die die Oberflächen umgebende Atmosphäre in genügendem Maße inert gemacht wird.

Das inerte Gas kann in einem oder mehreren Druckbehältern an der Abdeckung oder in deren Nähe vorrätig gehalten werden. Der Fühler kann über geeignete Verstärker- bzw. Servovorriohtungen mit Ventilen an den Druckbehältern verbunden sein. Die Servororrichtungen können derart ausgebildet sein, daß sie das jeweilige Ventil bei Bipfang des verstärkten Signalee des Fühlers öffnen, so daß inertes Gas in den Raum zwischen der Abdeckung und den darin befindlichen heißen Oberflächen der Maschine eingelassen wird. In anderer Ausbildung kann die Fühlersteuerung auf elektrischem Wege einen Hubgenerator betätigen, als welcher beispielsweise der "Metron"-Betätiger der Nobel Division

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of Imperial Chemical Industries, Großbritannien -vorgesehen sein kann· Dieser kann so angeordnet sein, dafi er ein Drueksiegel auf der öffnung des Druckbehälter 8ur Freigabe dea Gaseβ durchlöchert.

AIa nicht entflammbares Stromungemedium kann ferner vorzugsweise auch Wasser vorgesehen sein, daß von einer externen Wasserversorgung oder vom Hotorkühl- mjaii·* her sugefuturt wird. Im Falle der Zuführung von Kühlwasser ergibt sich der Vorteil, daß dieses bereits heiß ist und demzufolge einen geringeren Temperaturschook an den heißen Oberflächen der Naschine hervorruft als bei Verwendung kalten Wassers von einer externen Versorgung. Das Wasser kann durch von dem fühler betätigte Pumpen zugeführt werden oder unter Sohwerkrafteinwirkung über entsprechend gesteuerte Ventile. Das Wasser ergibt neben der sehr guten Kühlwirkung ebenfalls eine inerte Atmosphäre in der Umgebung der heißen Oberflächen.

Weiterhin vorteilhaft ist der Fühler am Lufteinlaß der Maschine vorgesehen. Der Fühler kann weiterhin vorteil-

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haft zur Betätigung «ines Lufteinlaß-Absperrventiles vorgesehen sein, das er bei Nachweis einer kritischen Konzentration entflammbarer Gase schließt, um den Lufteinlaß der Haschine abzusperren.

Ea können weitere Einlaßvorrichtungen für inertes Gas vorgesehen sein, die in Abhängigkeit von dem Fühler inertes Gas beispielsweise Kohlendioxyd oder"Halon" stromabwärts des Lufteinlaß-Absperrventlles einführen. Beim Absperren des Lufteinlafiventiles und beim gegebenenfalls zusätzlichen Einlaß von inertem Gas wird die Maschine schnell geetopt, so daß sie abkühlt.

Diese weiteren Einlaßvorrichtungen für inertes Gas können vorteilhaft einen Druckbehälter für inertes Gas aufweisen, der über Leitungen an die Maschine angeschlossen 1st. Das vom Druckbehälter gelieferte Gas kann vorteilhaft benutzt werden, um das Absperrventil pneumatisch zu betätigen. Dies geschieht wiederum vorteilhaft durch Auslösen eines Klinkenmechanismussee der das Absperrventil gegen Federkraft offen hält. Ein pneumatischer Zylinder kann dabei mit seiner Kolbenstange in deren ausgefahrenem Zustand diesen Mechanismus betätigen. Die Bewegung des Kolbens in dem Zylinder kann

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ferner einen Auslaß öffnen, aus dem da· zur Bewegung de· Kolbens dienende Gas durch Leitungen in den Motor strömt.

Ferner ist es vorteilhaft, denselben Vorratsbehälter, der z. B. "Halon" Gas enthält, zur Versorgung des die heißen Oberflächen umgebenden Raumes und sum Einlaß von Inertgas in die Maschine su benutzen, wobei geeignete Vorkehrungen getroffen sind, für diese verschiedenen Aufgaben die geeigneten Strömungsgeschwindigkeiten und -konzentrationen zur Verfügung zu stellen.

Sie Abdeckung kann vorteilhaft derart ausgebildet sein, daß sie den Auspuffkrümmer der Maschine abdeckt. Wenn die Maschine mit einem Turbolader ausgerüstet ist, kann eine weitere Abdeckung für diesen vorgesehen sein. Es kann auch eine einzige Abdeckung gleichzeitig den Auspuffkrümmer und den Turbolader versorgen. Weitere Oberflächen der Maschine, die hohe Temperaturen aufweisen können, können ebenfalls mit eigenen Abdeckungen oder von einer sämtliche heiße Oberflächen erfassende Abdeckung verwart werden.

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Die Abdeokung kenn ferner βο auegebildet sein, daß sie nicht nur die zugehörigen heißen Oberflächen verwart, sondern daß außerdem das Strömungsmedium beschleunigt wird. Durch geeignete Formung der Abdeckung und geeignete Anordnung der Einlaßstellen des Strömungsmediums in den Innenraum kann dieses beispielsweise zur Strömung in Wirbeln an den heißen Oberflächen angeregt werden, wodurch die Abkühlgesohwindigkeit vergrößert wird.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und scheHatisoh dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Motors, Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematisehe Darstellung eines Teiles der Maschine und

Fig. 4- eine Ansicht gemäß Fig· 1 einer anderen Ausführungsform des Motore.

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Die figuren 1 und 2 zeigen «inen Dieselmotor 10 ait einem Auspuffkrümmer 12. Der Ausgang des Krümmers 12 ist an einen Turbolader 14 angeschlossen, der Luft von einem EinieSrohr 16 ansaugt und durch eine Leitung 18 dem Einlaßkrümmer der Maschine 10 zuführt. Der Auslaß des Turboladers 14 erfolgt durch eine Leitung 20.

Die Einlafileitung 16 ist mit einem Absperrventil 22 und einem in-line-Fühler 24 versehen. Der Fühler 24 ist derart ausgebildet, daß er die Anwesenheit entflammbarer Dämpfe in der Luft nachweist und Signal an ein«nicht dargestellten Steuerverstärker liefert. Dieser ist derart programmiert, daß er bei Vorliegen eines Signales, das die Anwesenheit entflammbarer Dämpfe oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes signalisiert, nicht dargestellte Servovorrichtungen betätigt, um das Ventil 22 zu schließen und ein inertes Gas (z.B. "Halon" oder Kohlendioxyd) von einem Vorratsbehälter 28 in den Einlaßkrümmer der Maschine und somit in das Maschineninnere zu geben. Dadurch wird die Maschine gestopt.

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line Abdeokung 30 umgibt den Auspuffkrümmer 12 und den Turboledtr 14. Dit Abdeckung 30 btst#ht au· rostfreiem Stahl und besitzt nach innen ragende Flansche 32 (Fig. 2) an Jeden Ende. Zylinder 33 und 34 die ein halogenisiertes Inertgas ("Halon") enthalten, sind an der Abdeckung 30 befestigt. Jeder Zylinder besitzt ein Auslaßventil 38 an seiner öffnung, welches durch Rohrleitungen ■it dem Innenraun 36, der von der Abdeckung 30 und der HasohinelO umschlossen ist, verbunden ist. Jedes Ventil 33 ist an den Steuerverstärker angeschlossen, der dazu programmiert ist, das Ventil 22 zu schließen, Inertgas in den £inlaßkrümmer einzulassen und die Ventile 38 zu öffnen, um Inertgas in den Innenraum einzulassen, wobei alle diese Vorgänge im wesentlichen gleichseitig erfolgen.

Venn im Betrieb der Maschine der Fühler 24 entflammbares Gas in einer über dem Schwellenwert liegenden Konzentration nachweist, wird gleichzeitig der Luftstrom zur Maschine mit dem Ventil 22 abgesperrt, Inertgas von dem Vorratsbehälter 28 in die Maschine eingelassen und Inertgas in den

Innenraum 36 gegeben. Durch diese drei wgi werden die

Maßnahmen

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heißen Oberflächen unter der Abdeckung 30 geMaßnahme kühlt. ^Di· zuletzt genannte -¥<Hpg8- schafft in den Innenraum 36 eine inerte Oberfläche, die eine Entzündung des entflammbaren Gases verhindert.

GemäS der Aueführungsform der Pig. 3 ist der Fühler 24 wie bereits oben beschrieben am Eingang dee Einlaßkrümmera 40 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeordnet. Der Fühler 24gibt bei dem Machweis entflammbarer Dämpfe in der Luft ein Signal an eine elektronische Steuervorrichtung 42. Venn dieses Signal eine Konzentration entflammbaren Gases oberhalb eines kritischen Vertes anzeigt, betätigt die Steuervorrichtung einen "Metron" Betätiger 44, der an der Öffnung eines das Inertgas "Halon" unter Druck enthaltenden Zylinders 25 angeordnet ist. "Metron" Betätiger sind erhältlich bei der Firma "Hobel Division of Imperial Chemical Industries". Beim Auslösen des Betätigers 44 wird ein nicht dargestelltes,die Öffnung des Zylinders 23 verschließendes Siegel zerlesen, so daß

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das Inertgas in eine Leitung 45 entweichen kann, die zu einem pneumatischen Zylinder 30 führt, der an einem Ansaugluft-Absperrventil 52 des Ansaugkrümmers 40 vorgesehen ist. Sas Ventil 52 besitzt eine Klappe 54, die zum Absperren des Krümmers geeignet ist. Das Ventil ist mit einer Feder in Richtung auf seine geschlossene Stellung vorgespannt und wird normalerweise gegen die Federwirkung von einem Hocken/Klinkenmechanismus 56 offengehalten. Der Gasdruck in der Leitung 45 drückt den Kolben 58 des pneumatischen Zylinders vor, wodurch eine Kolbenstange ausfährt. Diese löst den Mechanismus 56 aus und erlaubt der Feder das Schließen der Klappe 54. Die Bewegung des Kolbens 58 öffnet einen Auelaß in der Zylinderwand zu einer Leitung 60 hin, durch die Inertgas stromabwärts der Klappe 54 in den Auspuffkrümmer 40 strömen kann.

Ein we iterer mit einem "Metron" Betätiger verschlossener Inertgaszylinder (nicht dargestellt).der zur Versorgung des Innenraumes 36 dient, kann ebenfalls an die Steuervorrichtung 42 angeschlossen sein.

Bei der in Figur 4 daigestellten Aueführungsform sind

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die mit den Bezugszeichen 10 bie $0 bezeichneten Element« identisch nit denen der Ausführungsfora in den Figuren 1 und 2. Bei dieser Ausführungsform ist ein Vasserkühler 70 über eine Leitung 74 und eint Ventil- und Pumpenanordnung 76 an eine ELnlafidüse 78 angeschlossen, die innerhalb der Abdeckung 30 angeordnet ist.

Wenn der Fühler 24 eine Konzentration entflammbaren Gases oberhalb des Schwellenwertes mißt, wird zusätzlich zur Betätigung des Ventil es 20 und dem EinlaBen von Inertgas in die Maschine die Ventil/ Pumpenanordnung 76 betätigt, die Vaeser aus dem Kühlsystem durch die Düse 78 in den Innenraum 36 und auf die heißen Oberflächen der Maschine spritzt.

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Claims

Ansprüche t

Brennkraftmaschine für entflammbare Gase enthaltende Umgebungen mit einer Explosionsachutzeinrichtung für ihre heißen Oberflächen insbesondere der Auspuffanlage, dadurch gekennzeichnet« daß die heißen Oberflächen (12, 14) von einer Abdeckung (30) umgeben sind, deren diese OberfSehen umgebender Innenraum (36) mit einer Vorrichtung (34, 38) zum Einlassen nicht entflammbaren Stromungsmediums im Gefahrenfalle in Verbindung steht.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einlaßvorrichtung (38) zu ihrer Betätigung mit einem in der Nähe des Motors (10) angeordneten Fühler (24) für entflammbare Gase verbunden ist.

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3. Brennkraftmaschin· nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungs-■edit« ein Inertgas ist.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein Inertgas mit flammenlöschenden Eigenschaften vorgesehen ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmedium Vasaer ist.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß als Vasservorrat das Kühlsjetem (70) der Haeohine dient.
7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche» dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (24) am Lufteinlaß (16, 40) der Naschine angeordnet ist.
8. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden

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Ansprüche ait einem Lufteinlaß-Absperrventil, dadurch gekennzeichnet, daß dl· Inertgaseinlaßrorriohtung stromabwärtβ das Absperrventiles Gas in die Masohlne gibt, wobei sowohl das Absperrventil (22,52 ) als auch die Gaseinlaß-Yorrichtung (28,44 ) auf dsn Fühler (24) anspreohen.
9· Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (52) pneumatisch durch das Inertgas der Einlaß-Yorriohtung (44, 25) betätigt wird.
10. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet« daß die Abdeckung (30) den Auspuffkrümmer (12) und/oder einen Turbolader (14) umschließt.
11. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die An-

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Ordnung des Strömungsmediumeinlaßee/und die Form der Anordnung derart sind, daß das Medium in Virbein strömt.

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12. BrannkraftMaaohin« naoh «in·» dar vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Inertgaaalnlaßvorrichtung einen an der Abdeckung (30) befestigten Druckgasbehälter (33» 3*0 aufweist.

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