DE60025570T2

DE60025570T2 - Sicherheitsventil für Druckbehälter

Info

Publication number: DE60025570T2
Application number: DE60025570T
Authority: DE
Inventors: Lωon Kerger; Jean-Claude Schmitz
Original assignee: Luxembourg Patent Co SA
Current assignee: Luxembourg Patent Co SA
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2020-06-23
Also published as: ATE316218T1; EP1069355A3; EP1069355A2; US6367500B1; DE60025570D1; EP1069355B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Sicherheitsventil für unter Druck stehende Gasvorratsbehälter, das einen Stopfen aus schmelzbarem Material enthält, der dazu dient, bei einer bestimmten, vorher festgelegten Temperatur zu schmelzen und dabei das unter Druck stehende Gas freizusetzen, so wie in EP-A-0766028 dargelegt.
Solche Sicherheitsventile werden verwendet, um das Risiko einer Explosion zu vermeiden, wenn die Temperatur einen zuvor festgelegten Grenzwert überschreitet. Bei dieser Temperatur, die in der Größenordnung von 100°C liegen kann, schmilzt der im Vorwort genannte Stopfen und ermöglicht das Entweichen des Gases und verhindert dadurch einen Überdruck. Unterhalb dieser kritischen Temperatur muss der Stopfen normalerweise in seinem festen Zustand verbleiben und jedes Entweichen von Druck und Gas verhindern.
Leider hat man festgestellt, dass es vorkommen kann, dass der Stopfen vorzeitig schmilzt, d.h. bei Temperaturen unterhalb seines Schmelzpunkts. Es wurde festgestellt, dass diese Fälle auftreten, wenn das Gas bei erhöhtem Druck gelagert wird und dass die Ursache dieses Schmelzvorgangs nicht die Temperatur, sondern der Druck ist. Man hat herausgefunden, dass, wenn ein solcher Stopfen über einen relativ langen Zeitraum hinweg einem erhöhten Druck ausgesetzt wird, sich dieser Stopfen verformen und sogar schmelzen und somit die Gase unterhalb seines eigentlichen Schmelzpunktes freisetzen kann. Es besteht hierdurch eine ungewollte Leckage, die ein Unfallrisiko sowie Risiken für die Umwelt darstellen. Ferner ist das Material für den Austausch des Stopfens übermäßig teuer.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neues Sicherheitsventil vorzusehen, das es ermöglicht, solche Probleme zu vermeiden, d.h. somit ein Sicherheitsventil, bei dessen Stopfen nicht das Risiko besteht, dass er unter längerer Druckeinwirkung vorzeitig schmilzt.
Um diese Zielsetzung zu erreichen, sieht die Erfindung ein Sicherheitsventil in der im Vorwort beschriebenen Art vor, das im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass auf den schmelzbaren Stopfen ein Kolben mit einer differenzierten Schiebewirkung einwirkt, die dazu dient, zumindest teilweise die Krafteinwirkung des Gasdrucks auf den schmelzbaren Stopfen zu mindern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsart enthält das Ventil ein gemeinsames Gehäuse mit dem Vorratsbehälter; dieses Gehäuse umfasst einen ersten zylindrischen Teil, der gegenüber dem Äußeren des Vorratsbehälters geöffnet ist, sowie einen zweiten zylindrischen Teil, der über einen geschlossenen Boden mit einem geringeren Durchmesser als der erste zylindrische Teil verfügt. Der zweite Teil ist durch seine Seitenwand mit dem Inneren des Vorratsbehälters verbunden. Ferner zeichnet sich dieses Ventil dadurch aus, dass es über eine Hülse verfügt, die im Inneren des ersten zylindrischen Teils befestigt ist und deren Öffnung in Richtung des zweiten zylindrischen Teils zeigt. Die Hülse enthält den schmelzbaren Stopfen, der durch einen einzelnen Schaft des besagten Kolbens mit differenzierter Wirkung in seiner Position gehalten wird, der sich ebenfalls in besagtem zweiten zylindrischen Teil befindet. Bei besagtem Kolben mit differenzierter Wirkung handelt es sich vorzugsweise um eine Kolbenbaugruppe mit Zweifachwirkung, die somit im eigentlichen Sinne zwei Kolben enthält, die über einen axialen Schaft miteinander verbunden sind. Der erste Kolben befindet sich normalerweise am Boden des zweiten zylindrischen Teils, während sich der zweite Kolben normalerweise zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Teil befindet, um die Dichtheit zwischen diesen beiden Bereichen zu gewährleisten. Der Durchmesser des zweiten Kolbens ist größer als der Durchmesser des ersten Kolbens.
Die Krafteinwirkung, die durch den Gasdruck auf den zweiten Kolben entsteht, erzeugt folglich eine Druckkraft, die auf den schmelzbaren Stopfen wirkt und die gegenüber dem Gasdruck und der Oberfläche des zweiten Kolbens, auf die die Kraft wirkt, in einem proportionalen Verhältnis steht. Im Gegenzug agiert der erste Kolben, der gleichermaßen dem Gasdruck ausgesetzt ist, in der entgegengesetzten Richtung, d.h. dass seine Krafteinwirkung von der Druckkraft, die durch den zweiten Kolben auf den schmelzbaren Stopfen ausgeübt wird, abgezogen wird. Dadurch erfährt dieser letztendlich nur eine Kraft, die zum Differenzwert der beiden Kolbenoberflächen proportional ist. Auf den Stopfen wirkt folglich nur ein geringer Druck und es besteht kein Risiko, dass er sich vorzeitig unter den längeren Einwirkungen eines erhöhten Drucks verformt.
Weitere Besonderheiten der vorliegenden Erfindung lassen sich der Beschreibung einer vorteilhaften Ausführungsart entnehmen, die nachfolgend zur Illustration in der einzigen im Anhang beigefügten Figur dargestellt ist; diese Figur stellt einen senkrechten Schnitt durch ein Sicherheitsventil gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Dieses Sicherheitsventil enthält ein Gehäuse 10 mit einem Außengewinde 12, das es ermöglicht, dieses Ventil in die nicht dargestellte Wand eines Vorratsbehälters zu schrauben, der ein unter Druck stehendes Gas enthält. Das Gehäuse enthält einen oberen Teil 10b, der nach außen gerichtet ist, wenn das Ventil auf dem Vorratsbehälter montiert ist, sowie einen unteren Teil 10a, der in das Innere des Vorratsbehälters greift.
Bei dem unteren Teil 10a des Gehäuses 10 handelt es sich um einen Zylinder mit geschlossenem Boden, der einen Kolben 14 mit differenzierter Wirkung enthält; dieser besteht aus einem ersten Kolben 14a, der sich normalerweise am Boden des unteren zylindrischen Teils 10a befindet, sowie aus einem zweiten Kolben 14b, der sich normalerweise in dem Schacht zwischen den beiden Teilen 10a und 10b befindet. Die beiden Kolben 14a und 14b, die untereinander durch einen axialen Schaft 16 verbunden sind, tragen jeweils eine umlaufende Dichtung 18, die die Dichtheit gegenüber der Wand des unteren Teils des Gehäuses 10 sicherstellt. Der zweite Kolben 14b stellt somit ein Schließorgan des Ventils dar und stellt die Dichtheit des Inneren des Vorratsbehälters gegenüber der äußeren Umgebung sicher.
Die Wand des Gehäuses 10a enthält eine Reihe von Öffnungen 20, damit der Druck im Gehäuse 10a dem Druck im Vorratsbehälter entspricht, d.h. dieser Druck kann jeweils vollständig auf jeden der Kolben 14a und 14b einwirken.
Als eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung ist der Durchmesser des ersten Kolbens 14a geringfügig kleiner als derjenige des zweiten Kolbens 14b. Somit muss der Innendurchmesser der Gehäusewand 10a auf Höhe des Kolbens größer als der Innendurchmesser am Boden des Gehäuses 10a sein.
Der obere und äußere Teil 10b des Gehäuses 10 verfügt über einen Innendurchmesser, der minimal größer als der Durchmesser des oberen Kolbens 14b ist.
Im oberen Teil 10b des Gehäuses befindet sich eine umgedrehte Hülse 22, deren Boden somit offen ist und die einen Stopfen 24 aus schmelzbarem Material enthält; dieser Stopfen schmilzt bei einer zuvor bestimmten kritischen Temperatur, z.B. bei ca. 100°C. Die Hülse 22 wird durch nicht dargestellte Hilfsmittel, z.B. durch Speichen, an der Wand des oberen Teils 10b des Gehäuses 10 gehalten.
Der äußere Teil des Kolbens 14b trägt einen axialen Schaft 16, der vom oberen Teil 10b des Gehäuses 10 verläuft und in die Hülse 22 eingreift, bis er den Stopfen 24 berührt. Dieser Schaft 26 verfügt über einen Durchmesser, der geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Hülse 22 ist.
Bei normalem Betrieb nimmt das Ventil die Position ein, die in der Figur dargestellt ist. Der Stopfen 24 befindet sich im festen Zustand und hält, unter Einwirkung des Schafts 26 und dank der nicht dargestellten Verbindung zwischen der Hülse 22 und dem Gehäuse 10b, den Kolben 14 in der dargestellten Position. Der Kolben 14b, dank seiner umlaufenden Dichtung 18, verhindert folglich jegliches Entweichen von Gas nach außen. Ferner, wenn man bedenkt, dass der Gasdruck gleichzeitig auf den Kolben 14a und 14b einwirkt, erfährt der Stopfen 24 nur eine geringe Druckkraft seitens des Schafts 26, die proportional zur Differenz der radialen Flächen zwischen den beiden Kolben 14a und 14b ist.
Wenn aus einem beliebigen Grund, die Hülse 22 und der Stopfen 24 einer nicht normalen Temperatur ausgesetzt werden, die die kritische Schmelztemperatur des Stopfens 24 überschreitet und wodurch ein Explosionsrisiko für den Vorratsbehälter entsteht, schmilzt der Stopfen 24 und sein flüssiges Material läuft aus der Hülse 22 um den Schaft 26 herum. Da die Hülse 22 leer ist, findet der Schaft 26 hier keinen Widerstand mehr vor; die Auftriebskraft, die auf den Kolben durch die Auswirkungen des Druckunterschieds einwirkt, ist ausreichend, um den Kolben 14 anzuheben und den Kolben 14b in den oberen Teil 10b des Gehäuses mit vergrößertem Durchmesser eindringen zu lassen. Hier stellt der Kolben 14b keine Dichtheit gegenüber der Außenwand mehr sicher und die unter Druck stehenden Gase können somit frei aus dem Vorratsbehälter entweichen.
Um zu verhindern, dass infolge einer Verformung der Dichtung 18 des Kolbens 14b sich fortlaufend eine Menge von Gas zwischen dem Boden des Gehäuses 10a und dem Boden des Kolbens 14a ansammelt, ist es möglich, diesen Bereich zu belüften, indem quer über die gesamte Kolbenbaugruppe 14 ein schmaler, axial verlaufender Weg vorgesehen wird, der in die offene Einfassung des Gehäuses 10b mündet.
Mit dem Wissen, dass es sich bei dem schmelzbaren Material des Stopfens 24 im Allgemeinen um ein Material auf Grundlage von Lötzinn handelt, wie dem beim Hartlöten verwendeten Material, ist es möglich, eine Variante des Stopfens 24 vorzusehen. Diese Variante besteht darin, anstelle der nach oben geschlossenen Hülse 22, ein an beiden Seiten geöffnetes Rohrstück vorzusehen und den Kopf des Schafts aus Hartlot oder aus schmelzbarem Metall zu realisieren, das auf diesem Rohrstück aufgelötet wird, um der Druckdifferenz auf den Kolben 14 zu widerstehen. Bei der kritischen Temperatur würde diese Lotstelle schmelzen und es dem Schaft 26 ermöglichen, durch das Rohr zu gleiten und somit das Ventil zu öffnen.

Claims

Sicherheitsventil für einen unter Druck stehenden Gasvorratsbehälter, das einen Stopfen (24) aus schmelzbarem Material enthält, der bei einer bestimmten, vorher festgelegten Temperatur schmilzt und dabei das unter Druck stehende Gas freisetzt. Das Sicherheitsventil zeichnet sich ferner dadurch aus, dass auf den schmelzbaren Stopfen (24) ein Kolben (14) mit einer Schiebewirkung einwirkt; diese differenzierte Schiebewirkung dient dazu, zumindest teilweise die Wirkung des Gasdrucks auf den schmelzbaren Stopfen (24) zu reduzieren.
Sicherheitsventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein gemeinsames Gehäuse (10) mit dem Vorratsbehälter enthält; dieses Gehäuse umfasst einen zylindrischen Teil (10b), der gegenüber dem Äußeren des Vorratsbehälters geöffnet ist, sowie einen zweiten zylindrischen Teil (10a), der über einen geschlossenen Boden mit einem geringeren Durchmesser als der erste zylindrische Teil (10b) verfügt. Der zweite Teil (10a) ist durch seine Seitenwand mit dem Inneren des Vorratsbehälters verbunden. Ferner zeichnet sich dieses Ventil dadurch aus, dass es über eine Hülse (22) verfügt, die im Inneren des ersten zylindrischen Teils (10b) befestigt ist und deren Öffnung in Richtung des zweiten zylindrischen Teils (10a) weist. Die Hülse enthält den schmelzbaren Stopfen (24), der durch einen einzelnen Schaft (26) des besagten Kolbens (14) mit differenzierter Wirkung in seiner Position gehalten wird, der sich ebenfalls im genannten zweiten zylindrischen Teil (10b) befindet. Ferner zeichnet sich das Sicherheitsventil dadurch aus, dass es sich bei besagtem Kolben mit differenzierter Wirkung (14) um eine Kolbenbaugruppe mit Zweifachwirkung handelt, die somit im eigentlichen Sinne zwei Kolben enthält, die über einen axialen Schaft (16) miteinander verbunden sind. Der erste Kolben (14a) befindet sich normalerweise am Boden des zweiten zylindrischen Teils (10a), während sich der zweite Kolben (14b) normalerweise zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Teil befindet, um eine Dichtheit zwischen diesen beiden Bereichen zu gewährleisten. Der Durchmesser des zweiten Kolbens (14b) ist größer als der Durchmesser des ersten Kolbens (14a).