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Sicherheitseinrichtung für Flüssiggastanks
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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für Flüssiggastanks,
mit einem bei Erreichen eines Ansprechdrucks im Tank öffnenden Uberdruckventil,
einer Steuerleitung zum öffnen des Uberdruckventils bei einem unter dem Ansprechdruck
liegenden Tankdruck und mit mindestens einem Absperrorgan, das bei hohen Außentemperaturen
öffnet und die Steuerleitung mit einem definierten Druck zum öffnen des Überdruckventils
verbindet.
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Es ist bekannt, Tanks, die Flüssiggas enthalten, mit einem pilotgesteuerten
Überdruckventil auszustatten (DE-OS 28 40 191). Das Uberdruckventil ist mit einem
federgespannten Pilotventil versehen, das im Fall eines Überdrucks im Tank öffnet
und hierdurch das öffnen des Uberdruckventils veranlaßt. Das Überdruckventil weist
einen Entlastungsanschluß auf, der normalerweise abgesperrt ist und im abgesperrten
Zustand die geschilderten Funktionen von Überdruckventil und Pilotventil zuläßt.
Wenn der Entlastungsanschluß jedoch drucklos wird,
wird das Überdruckventil
zwangsweise geöffnet, so daß aus dem Tank Gas durch das Uberdruckventil ausströmt.
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Zwischen den Entlastungsanschluß und eine druck lose Auslaßleitung
sind mehrere Schmelzsicherungen parallel zueinander eingesetzt. Diese Schmelz sicherungen
stellen Branddetektoren dar, die temperaturabhängig öffnen. Auf diese Weise wird
sichergestellt, daß das Uberdruckventil im Brandfall auch dann öffnet, wenn der
Tankdruck noch unterhalb des zulässigen Höchstwertes liegt. Bei der bekannten Sicherheitseinrichtung
wird Gas bereits dann abgeblasen, wenn eine der Schmelzssicherungen anspricht. Wenn
nicht durch manuellen Eingriff ein zusätzliches Ventil geschlossen wird, wird der
gesamte Tankinhalt abgeblasen.
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Die Sicherheitsvorschriften sehen vor, daß ein Flüssiggastank maximal
bis zu 98% seines Volumens mit Flüssiggas gefüllt sein darf. Wird dieser Füllgrad
im Brandfall bei einer Ausdehnung der Flüssigkeit infolge Temperaturerhöhung überschritten,
dann besteht die Gefahr, daß Flüssigkeit in das Überdruckventil gelangt, das nur
zum Abblasen von Gas ausgelegt ist und nicht ordnungsgemäß funktioniert, wenn Flüssigkeit
eindringt. Bei einer temperaturbedingten Ausdehnung des Flüssigkeitsvolumens erhöht
sich zwar gleichzeitig der Druck im Tank, jedoch kann es vorkommen, daß das Flüssigkeitsvolumen
über 98% des Tankvolumens ansteigt, ohne daß der Druck, bei dem das Uberdruckventil
anspricht, erreicht wird. Um dies zu verhindern, ist eine Beladung bis zu 98% des
Tankvolumens häufig nicht zulässig. In solchen Fällen wird der Tank unzureichend
ausgenutzt.
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Die Einhaltung des Füllgrades von 98 % beim Befüllen ist nicht problematisch,
da sie mit geeigneten Überwachungseinrichtungen erfolgen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitseinrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, den Tank mit hoher Füllrate
zu betreiben, ohne daß die Gefahr besteht, daß der zulässige Füllgrad im Brandfall
überschritten wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß das Absperrorgan
mit einem Ventil in Reihe liegt, welches von einem durch Temperaturerhöhungen des
Flüssiggases aktivierbaren Sensor gesteuert ist.
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Nach der Erfindung wird die Temperatur des Flüsiggases daraufhin überwacht,
ob sie den zulässigen Wert überschreitet. Nicht jede Überschreitung des zulässigen
Temperaturwertes führt jedoch zum Abblasen von Gas.
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Vielmehr erfolgt das Abblasen nur dann, wenn der zulässige Temperaturwert
überschritten wird und wenn gleichzeitig mindestens eines der auf Wärme reagierenden
Absperrorgane, die mit dem Ventil in Reihe geschaltet sind, angesprochen hat. Es
müssen also die beiden folgenden Bedinungen erfüllt sein: 1. Temperaturerhöhung
auf einen Grenzwert, bei dem der Flüssigkeitsstand über 98 % ansteigt 2. starke
Temperaturerhöhung in der Tankumgebung.
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Damit wird verhindert, daß bei kurzzeitigem Übersteigen der Grenzwerte
der Temperatur im Tank bzw. des Flüssigkeitsvolumens bzw. des Tankdruckes bereits
ein Abblasen von Gas verursacht wird. Nur bei hoher Außentemperatur (wie sie im
Brandfall auftritt) und bei gleichzeitiger thermischer Ausdehnung des Flüsiggases
wird Gas abgeblasen. Andererseits wird nur so viel Gas abgeblasen, wie erforderlich
ist, um die Grenzwerte wieder zu unter-
schreiten. Entsteht ein
Brand, der rechtzeitig gelöscht wird, so wird nur eine begrenzte Menge des Gases
abgeblasen. Zu berücksichtigen ist auch, daß ein Feuer durch Abblasen von Gas neu
geschürt werden kann, so daß die Menge des abgeblasenen Gases so niedrig wie möglich
gehalten werden sollte.
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Die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung ermöglicht es, Tankfüllungen
bis auf die maximal zulässige Höhe von 98% des Tankvolumens zuzulassen. Wenn der
Tank durch Sonneneinstrahlung oder durch andere übliche Einflüsse erwärmt wird und
sich die Flüssigkeit ausdehnt, sorgt die Rückverflüssigungsanlage für eine hinreichende
Kühlung und Verringerung des Flüssigkeitsvolumens; die Sicherheitseinrichtung spricht
dann nicht an.
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Dagegen tritt die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung ausschließlich
im Brandfall in Funktion. Sie vermeidet, daß das Abblasen beginnt, wenn das Füllvolumen
z.B. weniger als 98% beträgt und gleichzeitig auch der Ansprechdruck für das Überdruckventil
nicht vorliegt.
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Bei auftretendem Feuer bewirkt die in das Ladegut einströmende Wärmeenergie
zunächst eine Temperatursteigerung und Volumensteigerung des Ladegutes.
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Die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung bietet den Vorteil, daß
sie ausschließlich im Brandfall in Funktion tritt, und selbst dann nur, wenn gleichzeitig
der maximal zulässige Füllstand überschritten wird, der entweder über einen Füllstandsdetektor
direkt oder indirekt über einen Tankdruckdetekter bzw. Cargot Temperaturdetektor
abgefragt wird.
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Die Sicherheitseinrichtung, die man auch als Füllstandsregelung für
den Brand fall bezeichnen kann tritt also
nur im Brandfall in Funktion.
In allen anderen denkbaren Betriebs fällen ist die Rückverflüssigungsanlage als
System für "98°Ó-Füllstandsregelung" durch Temperatur-Konstanthaltung oder Temperatur-Reduzierung
in Funktion. Zur Feststellung des Brandfalles werden die obengenannten Kriterien,
hohe Außentemperatur und erhöhte Innentemperatur im Tank nach Art einer UND-Bedingung
verknüpft. Um eine erhöhte Innentemperatur festzustellen, gibt es verschiedene Möglichkeiten,
die im Rahmen der Erfindung angewandt werden können. So kann der Sensor ein Füllstandsdetektor,
ein Druckdetektor oder ein Temperaturddetektor sein. Wenn das Flüssiggas bei einer
bestimmten Solltemperatur im Tank enthalten ist, stellt sich im Tank der Sättigungsdruck
des Flüssiggases bei dieser Temperatur ein. Erhöht sich die Temperatur, so erhöhen
sich gleichzeitig das Volumen des Flüssiggases und der Tankdruck. Jedes dieser drei
Kriterien, Temperatur, Volumen und Druck kann für die Betätigung des Ventils benutzt
werden.
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Vorzugsweise ist das Überdruckventil ein pilotgesteuertes Ventil,
das einen Entlastungsanschluß aufweist, der mit der Steuerleitung verbunden ist.
Hierbei besteht die Möglichkeit, das Überdruckventil auf besonders einfache Weise
z öffnen, indem die Entlastungsleitung drucklos gemacht wird.
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Bei einer anderen Variante der Erfindung weist das Überdruckventil
einen federbelasteten Ventilteller auf und auf den Ventilteller wirkt zusätzlich
eine Kolben-Zylinder-Einheit ein, die an die Steuerleitung angeschlossen ist. Durch
den Druck in der Steuerleitung wirkt die Kolben-Zylinder-Einheit zusätzlich zur
Ventilfeder auf den Ventilteller ein, wodurch die Kraft der Ventilfeder verkleinert
wird. Auf diese Weise kann
in Abhängigkeit von dem Druck in der
Steuerleitung das Überdruckventil durch die Unterstützung der Kolben-Zylinder-Einheit
schon bei einem Druck geöffnet werden, der niedriger ist als der Ansprechdruck.
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Es gibt Fälle, in denen die Sicherheitseinrichtung schon bei einem
relativ geringen Tankdruck ansprechen muß. Um mit einem niedrigen Druck eine hinreichend
große Stellkraft zu erzeugen, benötigt man große Membranen oder Kolben. Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Reihenschaltung aus dem Ventil
und dem Absperrorgan mit einer separaten Druckquelle verbunden ist. Diese Druckquelle
sorgt für den erforderlichen Druck zum Verstellen des Ventils bzw. zum Verstellen
einer Kolben-Zylinder-Einheit zum öffnen des Überdruckventils.
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Gemäß einer anderen Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß der
Sensor zur Steuerung des Ventils ein Hilfsventil aufweist, das einen Steueranschluß
des Ventils in der einen Stellung mit einer separaten Druckquelle und in der anderen
Stellung mit der Außenluft verbindet.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Absperrorgan
ein temperaturabhängig gesteuertes Ventil. Im Gegensatz zu einer Schmelzsicherung
ist die Funktion eines derartigen Ventils reversibel, d.h. wenn nach einem Brand
die Temperatur wieder absinkt, schließt das Ventil wieder. Dies hat zur Folge, daß
die Sicherheitseinrichtung nach einer Temperaturerhöhung selbständig wieder den
Normalzustand einnimmt, indem sie funktionsbereit ist.
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Die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung eignet sich insbesondere
für die Verwendung auf Tankerschiffen, wo an die Branderkennung und an die Einzelheiten
der Gegenmaßnahmen hohe Anforderungen gestellt werden.
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Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Sicherheitseinrichtung
mit Füllstandsdetektor, Fig. 2 eine modifizierte Ausführungsform des Ausführungsbeispiels
von Fig. 1, Fig. 3 eine Sicherheitseinrichtung mit Druckdetektor, Fig. 4 eine Sicherheitseinrichtung
mit Temperaturdetektor im Tank, Fig. 5 eine Sicherheitseinrichtung, die mit der
Hilfsenergie einer zusätzlichen Druckgasquelle betrieben wird, bei einem Tank mit
pilotgesteuertem Überdruckventil, und Fig. 6 eine Sicherheitseinrichtung mit Druckgasquelle
bei einem Tank mit federgespanntem Uberdruckventil.
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Der Tank 10 in Fig. 1 ist zu 98% seines Volumens mit Flüssiggas 11
gefüllt, das eine tiefe Temperatur hat.
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An einer Haube 12 in der Dachwand des Tanks 10 ist das pilotgesteuerte
Überdruckventil 13 angebracht. Dieses Uberdruckventil ist an sich bekannt und wird
hier nicht
näher erläutert. Es ist beispielsweise in der DE-OS
28 40 191 beschrieben. Das Überdruckventil 13 enthält ein Pilotventil 13', das von
einer Feder auf einen bestimmten Ansprechdruck eingestellt ist. Wenn dieser Druck
im Tank 10 überschritten wird, gibt das Uberdruckventil 13 die Verbindung von dem
Einlaß 14 zum Auslaß 15 frei und das Gas strömt in die Auslaßleitung 16, die drucklos
ist und in die Umgebung führt. Das Pilotventil weist einen Entlastunganschluß 17
auf, der bewirkt, daß das Überdruckventil 13 öffnet, wenn er drucklos wird.
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Dieser Entlastungsanschluß 17 ist an eine Steuerleitung 32 angeschlossen,
die ein manuell betätigbares Ventil 18, ein schwimmergesteuertes Ventil 19 und ein
temperaturgesteuertes Absperrorgan 20, die sämtlich in Reihe geschaltet sind, enthält
und mit der Auslaßleitung 16 verbunden ist.
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Das schwimmergesteuerte Ventil 19 ist Bestandteil des Füllstandsdetektors
21, der außerdem einen Schwimmer 22 aufweist. Der Schwimmer 22 ist in einem Rohr
oder Käfig 23 vertikal bewegbar geführt und er trägt einen nach oben ragenden Stift
24, der gegen eine Membran 25 an der Unterseite des Ventils 19 stößt, wenn der maximale
Füllstand von 98% des Tankvolumens überschritten wird.
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Von der Membran 25 steht ein weiterer Stift 26 nach oben ab, der gegen
den Ventilkörper 27 stößt und diesen gegen die Wirkung der Feder 28 von seinem Sitz
abhebt, so daß das Ventil 19 öffnet, wenn der Schwimmer 22 aufsteigt. Bei geöffnetem
Ventil 19 wird die von dem Ventil 18 kommende Leitung 29 mit der Leitung 30 verbunden,
die zu dem temperaturgesteuerten Absperrorgan 20 führt.
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Das Absperrorgan 20 weist einen Temperaturfühler 31 auf, der beispielsweise
aus einem Behälter besteht,
welcher ein Fluid enthält und von einer
Membran abgeschlossen ist. Bei Temperaturerhöhung dehnt sich das Fluid (Flüssigkeit
oder Gas) aus und verschiebt die Membran, wodurch ein Ventil geöffnet wird. Sinkt
die Temperatur danach ab, zieht sich das Fluid wieder zusammen und das Ventil schließt.
Zweckmäßigerweise ist das Absperrorgan 20 so ausgebildet, daß es im Falle der Zerstörung
des Temperaturfühlers 31 öffnet.
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Das manuell verstellbare Ventil 18 ist normalerweise geöffnet und
in diesem Zustand verplombt. Um die Steuerleitung 17 mit der Auslaßleitung 16 zu
verbinden und dadurch das Überdruckventil 13 zwangsweise zu öffnen, ist es erforderlich,
daß das Ventil 19 und das Absperrorgan 20 beide geöffnet sind. Sinkt anschließend
der Flüssigkeitsstand im Tank unter den zulässigen Maximalwert an, und schließt
demnach das Ventil 19 wieder und/oder sinkt die Temperatur ab, wodurch das Absperrorgan
20 schließt, so wird das Abblasen unverzüglich beendet, da die Steuerleitung 17
durch das schließende Ventil abgesperrt wird.
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Zweckmäßigerweise ist der Schwimmer 22 im Niveau verstellbar, um unterschiedliche
Eintauchtiefen bei unterschiedlichen spezifischen. Gewichten der Flüssigkeiten berücksichtigen
zu können. Die Funktionstüchigkeit der Sicherheitseinrichtung kann während des Betriebes
dadurch überwacht werden, daß der Schwimmer 22 angehoben und das temperaturabhängige
Absperrorgan 20 erwärmt wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind Komponenten, die denjenigen
der Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. Die
nachfolgende Beschreibung beschränkt sich auf die Unterschiede.
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Der in einem Rohr oder Käfig 23 vertikal verschiebbar geführte Schwimmer
22 weist eine aufragende Stange 33 auf, die über ein Gelenk mit einer im wesentlichen
horizontalen Stange 34 verbunden ist. An der Haube 12 ist ein rohrförmiger Anschlußstutzen
35 vorgesehen, dessen Öffnung durch eine Wand 36 in Form einer druckfesten Membran
abgedichtet ist. Die Wand 36 ist zwischen einem Flansch des Stutzens 35 und einem
Flansch einer Kappe 37, die von außen gegen den Stutzen gesetzt ist, eingespannt.
Das Ventil 19, das die Leitungen 29 und 30 miteinander verbindet, wenn der Pegel
des Flüssiggases 11 über 98 % des Tankvolumens ansteigt, ist im Innern der Kappe
37 geschützt untergebracht. Die Leitungen 29 und 30 führen durch Öffnungen der Kappe
37 hindurch. Die Stange 34, die in der Wand 36 gelagert ist, bildet einen zweiarmigen
Hebel. An dem einen Hebelarm greift der Schwimmer 22 an und der andere Hebelarm
betätigt im Innern der Kappe 37 das Ventil 19.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist an der Haube 12 des Tanks
ebenfalls ein pilotgesteuertes Uberdruckventil 13 vorgesehen. Die Entlastungsleitung
17 des Überdruckventils ist an die Steuerleitung 32 angeschlossen, die das Ventil
19 und das Absperrorgan 20 in Reihenschaltung enthält und mit der Auslaßleitung
16 verbunden ist. Das Ventil 19 wird von dem Druckdetektor 38 gesteuert. Dieser
Druckdetektor ist über eine Rohrleitung 39 mit dem Innern des Tanks 12 verbunden.
Er weist eine vorgespannte Membran 40 auf, die das Ventil 19 steuert.
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Bei geringem Tankdruck sperrt das Ventil 19 die Steuerleitung 32 ab.
Steigt der Tankdruck über den eingestellten Grenzwert hinaus an, dann verstellt
die Membran 40 das Ventil 19 derart, daß dieses durchschaltet. Das Absperrorgan
20 besteht im vorliegenden Fall aus einer Schmelzsicherung, die die Steuerleitung
32 blockiert
und die in der Umgebung des Tanks angeordnet ist.
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Mehrere solcher Schmelzsicherungen können parallelgeschaltet sein.
Wenn ein Absperrorgan 20 öffnet und wenn außerdem der Tankdruck über den Grenzwert,
der einem Füllvolumen von 98 % entspricht, ansteigt, öffnet das Ventil 19 und der
Entlastungsanschluß 17 wird über das Ventil 19 und das Absperrorgan 20 mit der Auslaßleitung
16 verbunden. Dadurch wird der Entlastunganschluß 17 drucklos und das Überdruckventil
13 öffnet.
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Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 gleicht demjenigen der Fig. 3,
mit Ausnahme der Tatsache, daß das Ventil 19 nicht von einem Druckdetektor, sondern
von einem Temperaturdetektor 41 gesteuert wird. Der Temperaturdetektor 41 weist
im Innern des Tanks einen Behälter 42 auf, der mit einem sich bei Erwärmung ausdehnenden
Medium gefüllt ist und der über ein Kapillarrohr 43 an einen Raum angeschlossen
ist, der durch die Membran 40 begrenzt wird. Dieser Raum ist ebenso wie das Kapillarrohr
43 mit dem genannten Medium gefüllt. Bei einer Temperaturerhöhung dehnt sich das
Medium aus und verstellt die Membran 40, die ihrerseits das Ventil 19 in die Durchlaßstellung
bringt. Durch geeignete Vorspannung der Membran 40 kann die Umschalttemperatur festgelegt
wird.
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Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem an den Entlastungsanschluß
17 die Steuerleitung 32 angeschlossen ist, die eine Reihenschaltung aus dem Ventil
19 und dem Absperrorgan 20 enthält und deren anderes Ende mit der Auslaßleitung
16 verbunden ist. Das Ventil 19 wird durch ein Hilfsventil 44 gesteuert, dessen
Einlaßleitung 45 über ein Druckreduzierventil 46 mit einer Druckgasquelle 47, z.B.
einer Stickstoff-Flasche, verbunden ist. An die Einlaßleitung 45 sind außerdem ein
Sicher-
heitsventil 48 und ein Druckmanometer 49 angeschlossen.
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Das Hilfsventil 44 wird von einer Membran 50 gesteuert.
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Der von der Membran 50 begrenzte Raum ist über eine Rohrleitung 39
mit dem Innern des Tanks 10 verbunden.
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Das Hilfsventil 44 wird in Abhängigkeit vom Tankdruck gesteuert. Wenn
der Tankdruck unterhalb des Grenzwertes liegt, verbindet das Hilfsventil 44 die
Einlaß leitung 45 mit der Auslaßleitung 45'. Dadurch gelangt der Druck der Eingangsleitung
45 zu dem druckgesteuerten Ventil 19, das gegen die Wirkung der Feder 51 im Sperrzustand
gehalten wird und die Steuerleitung 32 absperrt. Steigt der Tankdruck dagegen über
den Grenzwert hinaus an, dann entlüftet das Hilfsventil die Leitung 45', d.h.
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Leitung 45' wird mit der Atmosphäre verbunden. Die Feder 51 schiebt
nun das Ventil 19 in die Durchlaßstellung.
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Das Ventil 19 wird außerdem in die Durchlaß stellung gebracht, wenn
der Druck der Druckquelle 47 absinkt, d.h. wenn die Stickstoff-Flasche leer ist.
In diesem Fall fehlt der Druck, um die Feder 51 zusammengedrückt zu halten.
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In Fig. 5 wurde die Verwendung des Hilfsventils 44 und der Druckquelle
47 an einem Beispiel erläutert, bei dem der Sensor ein Druckdetektor 38 ist. Der
Druckdetektor 38 könnte jedoch auch durch einen Füllstandsdetektor oder einen Temperaturdetektor
ersetzt werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 ist anstelle eines pilotgesteuerten
Überdruckventils ein Uberdruckventil 52 vorgesehen, dessen Ventilkörper durch eine
Feder 53 gegen seinen Sitz gedrückt wird. An dem Ventilkörper greift außerdem eine
Stange 54 an, die mit dem Kolben 55 einer Kolben-Zylinder-Einheit 56 verbunden ist.
Wenn die Kolben-Zylinder-Einheit 56 über die Leitung 57 mit Druck beaufschlagt wird,
wirkt die
Kraft des Kolbens 55 über die Stange 54 der Kraft der
Feder 53 entgegen, so daß das Überdruckventil 52 bei einem geringeren Druck anspricht.
Die Kraft des Tankdrucks, die gegen den Ventilteller des Überdruckventils 52 wirkt,
wird also durch den Druck in Leitung 57 unterstützt. Leitung 57 ist an die das Ventil
19 und das Absperrorgan 20 enthaltende Steuerleitung 32 angeschlossen. Das Ventil
19 wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von dem Drucksensor 38 gesteuert,
der in der oben schon beschriebenen Weise ausgebildet ist und auf den Tankdruck
anspricht. Bei niedrigem Tankdruck sperrt das Ventil 19, während bei hohem Tankdruck
das Ventil 19 geöffnet wird.
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Die Steuerleitung 32 ist - anders als bei den bisher beschriebenen
Ausführungsbeispielen - über das Druckreduzierventil 46 mit der Druckquelle 47 verbunden.
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Im Brandfall werden das Ventil 19 und das Absperrorgan 20 gemeinsam
durchlässig. Dadurch wird der durch das Reduzierventil 46 reduzierte, definierte
Druck auf die Kolben-Zylinder-Einheit 56 gegeben, wodurch das über druckventil 52
geöffnet wird und Gas aus dem Tank 10 abgeblasen wird.
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Auch bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 kann anstelle eines Druckdetektors
38 ein Temperaturdetektor oder ein Füllstandsdetektor zur Steuerung des Ventils
19 benutzt werden.
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