DE60209556T2

DE60209556T2 - Detonationsflammensperre mit einem spiralförmig gewickelten keildrahtgitter für gase mit kleiner grenzspaltweite

Info

Publication number: DE60209556T2
Application number: DE60209556T
Authority: DE
Inventors: Dwight Skiatook Brooker
Original assignee: Enardo Inc
Current assignee: Brooker Dwight Marathon Fla Us
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2022-09-06
Also published as: US6699035B2; EP1467803A1; US20030044740A1; EP1467803B1; WO2003022363A1; ATE318649T1; DE60209556D1

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von Flammensperren bei Rohrleitungsanwendungen.
2. Hintergrund der Erfindung
Eine Detonationsflammensperre wird ausgestaltet, um eine Flammenfront auszulöschen, die sich aus einer Explosion oder Detonation des Gases in der Leitung ergibt. Zusätzlich zum Auslöschen der Flamme muß die Flammensperre jedoch in der Lage sein, die Druckfront, welche der Flammenfront vorausgeht, abzubauen (zu dämpfen). Die Druckfront (Schockwelle) gehört zu der Ausbreitung der Flammenfront durch das unverbrannte Gas zu der Flammensperre hin. Die flammeninduzierte Druckfront verläuft immer in derselben Richtung wie die Aufprallflammenbahn. Der Druckanstieg kann sich in einem Bereich von einem kleinen Bruchteil bis zu mehr als das Hundertfache des anfänglichen absoluten Druckes in dem System befinden.
Eine Flammensperrvorrichtung weist gewöhnlich flammenauslöschende Platten, Band und/oder eine gewisse Art Füllmedium auf, welches sehr kleine Spalte kleinen Durchmessers einschließt, in typischer Weise weniger als das spiralförmig gewickelte Keildrahtgitter (MESG) von Gasen, Medien mit Durchgängen, die eine Gasströmung erlauben, die Flammenübertragung durch Auslöschen der Verbrennung aber verhindern. Dies ergibt sich aus dem Wärmeübergang von der Flamme zu den Platten und/oder Füllmedien, die in wirksamer Weise eine kräftige Wärmesenke zur Verfügung stellen.
Zwei sehr übliche Flammensperrenelement-Konzeptionen sind von der Art eines geriffelten Bandes, wie zum Beispiel in den US-Patentschriften 4,909,730 und 5,415,233 beschrieben ist, sowie vom Typ mit paralleler Platte, wie in dem US-Patent 5,336,083 und dem kanadischen Patent 1,057,187 beschrieben ist. Das Vorstehende bezieht sich auf Flammensperren mit geradem Weg, denn die Gasströmung nimmt einen geraden Weg von dem Kanaleingang zum Ausgang.
Flammensperren werden oft bei Anlagen verwendet, wo große Gasvolumina mit minimalem Gegendruck auf dem System entlastet werden müssen. Allgemein versteht es sich, daß selbst kleine Abweichungen von Kanalmaßen die Leistung einer Flammensperre gefährden können.
Ein bekannter Konflikt ergibt sich aus der Tatsache, daß der Gasleitungsdruck häufig bei Atmosphärendruck oder höher gehalten wird. Ein Druckabfall, der sich aus einer Flammensperre ergibt, oder ein Gegendruck, der als Ergebnis des Gasdurchganges durch die Flammensperre erzeugt wird, sind unerwünscht. Ein Druckabfall, der sich aus dem Durchgang der Flamme durch die Platten, Bänder oder Füllmedien in der Flammensperre ergibt, unterstützt jedoch in wirksamer Weise das Auslöschen der Flamme. Infolgedessen besteht ein Bedürfnis nach einer Konzeption einer Detonationsflammensperre, die einen großen Druckabfall pro Volumeneinheit, aber einen kleinen Gesamtdruckabfall über die ganze Vorrichtung einschließt.
Der Auslöschprozeß (Flammensperrung) basiert auf der drastischen Temperaturdifferenz zwischen der Flamme und dem Füllmedienmaterial. Als solcher ist dies ein Prozeß, der nicht nur von dem Temperaturgradienten abhängt, sondern auch von dem hydraulischen Durchmesser der Durchgänge und den Wärmeleitungseigenschaften des Gases und der Füllmedien.
Das Niveau der Turbulenz beeinflußt merklich die Wärmeverlustrate der Flamme in den Flammensperrendurchgängen. Turbulenz ist erwünscht, um das Niveau des Wärmeverlustes in der Flammensperre zu fördern. Flammensperren mit gerader Bahn von den derzeit bekannten Konzeptionen sind jedoch beim Maximieren des Turbulenzumfangs für ein wirksames Flammensperren uneffizient. Dies liegt teilweise daran, daß die Bahn der Flammenfront durch die Flammensperren unverändert bzw. unverformt ist. Außerdem sind bekannte Konzeptionen der Flammensperre mit gerader Bahn beim Verteilen der anfänglichen Schockwelle oder reflektierenden Schockwelle uneffizient. Es besteht ein Bedürfnis nach einer Flammensperren-Konzeption, welche die Strömung der Flammenfront ändert bzw. verformt, wenn sie durch die Flammensperre hindurchgeht.
Außerdem weisen die Füllmedien, die gewöhnlich für Detonationsflammensperren verwendet werden, gewöhnlich Keramikwulste bzw. -perlen auf. Obwohl Keramikwulste nützliche Wärmeeigenschaften haben, sind sie relativ zerbrechlich und können nicht ohne ein Zerdrücken verdichtet werden, so daß der Raum zwischen benachbarten Wülsten bzw. Perlen minimal wird, wodurch der Oberflächenbereich der Füllmedien maximiert wird und die Laufbahn der Flamme unter Erzeugen zusätzlicher Turbulenz variiert wird. Die Keramikmedien könnten auch durch die Schockwelle zerdrückt oder gequetscht werden, wodurch Spalte belassen werden, die größer als die MESG (Grenzspaltweite) des Gases sind, wodurch die Leistung (die Fähigkeit des Anhaltens der Flamme) der Flammensperre gefährdet würde. Es besteht daher das Bedürfnis nach einer Flammensperre mit einem Füllmedium, welches verdichtet werden kann, um den Luftraum und den Oberflächenbereich minimal zu machen, wodurch die Wärmesenkeneigenschaften des Füllmediums maximiert würden, sowie die turbulente Strömung durch die Räume zwischen benachbarten Bestandteilen der Füllmedien erhöht würde.
Eine Detonationsflammensperre muß auch in der Lage sein, eine reflektierende Druckfront zusätzlich zu der anfänglichen Druckfront (Schockwelle) zu dämpfen. Es war bekannt, daß anfängliche bzw. Initialschockwellen, welche auf die Flammensperrenelemente auftreffen, merkliche strukturelle Beschädigung (Elementbruch) verursachen, wodurch ein Versagen des Flammensperrenelementes hervorgerufen wird.
Vorrichtungen sind bekannt, die infolge Drücken ausfallen, die in Verbindung mit einer Reflexionsdruckfront aufgetreten sind. Obwohl die Flamme in der Flammensperre ausgelöscht wird, kann eine Hochdruckwellenfront auf der Auslaßseite der Flammensperre als Ergebnis des Druckanstieges von der Anfangsschockwelle austreten. Diese Hochdruckwellenfront läuft längs der Rohrleitung in der Fließrichtung weiter. Diese Hochdruckwellenfront wird jedoch von jeder in der Rohrleitung angeordneten Diskontinuität, Unstetigkeit bzw. Unterbrechung reflektiert. Diskontinuitäten sind das Ergebnis von Biegungen, Stichleitungen, Ventilen, Reduzierstücken und dergleichen. Sobald eine Wellenfront auf eine solche Diskontinuität trifft, wird eine Reflexionsfront erzeugt, die zu der Flammensperre zurückläuft. Reflexionen von vielen Gegenständen längs einer Rohrleitung können kurzlebige Druckanstiege eines Vielfachen des Anfangsdruckes hervorrufen. Wenn diese Reflexionen in die Auslaßseite der Flammensperre eintreten, kann der Druck in der Flammensperre ein Vielfaches von dem werden, für was sie ausgelegt war. Diese Druckanstiege sind zwar von äußerst kurzer Dauer und vorübergehend bzw. kurzlebig, man weiß aber, daß sie zum Versagen von Flammensperren führen.
Deshalb besteht auch ein Bedürfnis nach einer Flammensperre, welche die Fähigkeit einschließt, eine Anfangsschockwelle und eine Reflexionsdruckfront zu dämpfen.
Ein anderer wichtiger Faktor bei der Konzeption einer Flammensperre betrifft die Reinigungsfähigkeit. Derzeit bekannte Konzeptionen mit paralleler Platte, Band und/oder Füllmedien werden bekanntlich infolge der Ansammlung von Verunreinigungspartikeln blockiert oder verstopft, die in dem Gasstrom getragen werden. Nachdem eine merkliche Verstopfung aufgetreten ist, welche die Strömung beschränkt und den Druckabfall erhöht, muß die ganze Flammensperre zum Reinigen oder für den Austausch entfernt werden. Es besteht das Bedürfnis nach der Konzeption einer Flammensperre, die im Strom gereinigt werden kann und/oder für die Reinigung und/oder den Ersatz der Füllmedien leicht zugänglich ist.
Es ist nicht bekannt, daß derzeitig bei gewerblichen Anwendungen bekannte Detonationsflammensperren für Gase mit kleiner Grenzspaltweite (MESG – Maximum Experimental Space Gap) effektiv sind, wie zum Beispiel Gase der Gruppe B. Insbesondere sind bekannte Detonationsflammensperren nicht wirksam für Wasserstoffgas oder Anwendungen mit angereichertem Sauerstoff und Wasserstoff. Konstruktionen von Detonationsflammensperren mit Band oder paralleler Platte können nicht kostenwirksam hergestellt werden, um die Anwendungsbedingungen von kleiner MESG (Gase mit kleiner Grenzspaltweite) zu erfüllen. Deshalb besteht ein Bedürfnis nach einer Konzeption einer Detonationsflammensperre, die kostengünstig hergestellt werden kann und für einen Betrieb in niedriger MESG-Gasumgebung geeignet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Detonationsflammensperre der vorliegenden Erfindung weist allgemein einen äußeren Zylinder auf, der an einem Behälterflansch befestigt ist, einen inneren Zylinder, der an dem Behälterflansch angebracht ist, und ein Füllmedium auf, welches zwischen dem äußeren und inneren Zylinder gehalten wird. Sowohl der äußere als auch der innere Zylinder weisen an ihrem anderen Ende eine gewölbte Fläche auf, wenngleich sie an ihrem einen Ende an dem Behälterflansch angebracht sind. Der äußere Zylinder, der innere Zylinder und der Behälterflansch bilden zusammen einen Behälter, den man auch als Kanister bezeichnen kann. Der Behälter ist in einem äußeren Gehäuse angebracht, welches an einer Stützwand angeschraubt ist, die an der Innenseite des äußeren Gehäuses angeschweißt ist. Das äußere Gehäuse wird dann in den Fließweg der Rohrleitung derart eingebaut, daß die Gasströmung in das äußere Gehäuse und durch den Behälter hindurchgeht.
Sowohl der äußere Zylinder als auch der innere Zylinder weisen ein spiralförmig gewickeltes Keildrahtgitter auf, welche ihre entsprechenden zylindrischen Umfänge bilden. Die entsprechenden spiralförmig gewickelten Keildrahtgitter sowohl des äußeren Zylinders als auch des inneren Zylinders weisen gewickelten Draht auf mit einer verjüngt zulaufenden Oberfläche und einer abgestumpften (flachen) Oberfläche derart, daß die Richtung des Kegels auf dem äußeren Zylinderumfang in der Richtung des Gasflusses in der Rohrleitung zeigt, während die verjüngt zulaufende Fläche des inneren Zylinders in der Gasfließrichtung in der Rohrleitung zeigt (zeigt gegen eine Umkehrströmung). Der Innenzylinder hat einen kleineren Durchmesser als der Außenzylinder, derart, daß wenn der Behälter zusammengebaut wird, der Innenzylinder in den Außenzylinder derart paßt, daß das Füllmedium zwischen der flachen Oberfläche des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters des äußeren Zylinders und der flachen Oberfläche des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters des inneren Zylinders zurückgehalten wird.
Die gewölbte Fläche des Außenzylinders weist ein Loch auf, um einen das Medium verdrängenden Bolzen aufzunehmen. Das Loch kann gebohrt und mit Gewinde so versehen sein, daß der Mediumverdrängungsbolzen in das Loch gedreht werden kann, um dem Festziehen oder Entfernen entgegenzukommen. Wenn eine permanente Behälterkonstruktion erwünscht ist, kann der Mediumverdrängungsbolzen in dem Loch in der gewölbten Fläche des Außenzylinders eingeschweißt sein. Der Mediumverdrängungsbolzen ist derart verjüngt ausgestaltet, daß wenn der verjüngt zulaufende Abschnitt des Mediumverdrängungsbolzens durch die gewölbte Fläche des Außenzylinders geschraubt ist (oder eingefügt oder verschweißt), er in das Füllmedium drückt und dieses dadurch verdichtet, um den Luftraum zwischen benachbarten Elementen des Füllmediums zu verringern.
Der Behälter ist in dem äußeren Gehäuse derart positioniert, daß eine Druckfront, welche durch die Rohrleitung und in das äußere Gehäuse hindurchgeht, auf die gewölbte Fläche des Außenzylinders und die Stützwand auftrifft. Die Detonationswellenfront wird durch die gewölbte Fläche des Außenzylinders und die Stützwand abgeschwächt bzw. gedämpft. In ähnlicher Weise trifft dann, nachdem die Flammenfront durch den Durchgang durch den Behälter ausgelöscht ist, eine reflektierte Druckfront auf die Unterseite der gewölbten Fläche des Innenzylinders und wird abgeschwächt.
Nach dem Auftreffen der Flammenfront auf die gewölbte Fläche des Außenzylinders muß die Flammenfront eine abrupte (neunzig Grad (90°)) Wende machen, um durch das spiralförmig gewickelte Keildrahtgitter des Außenzylinders hindurchzugehen. Die Spaltgröße zwischen benachbarten Wicklungen des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters kann für ein bestimmtes Gas oder eine Gasgruppe ausgewählt werden und wirkt als der erste Mechanismus für das Anhalten oder Sperren der hindurchgehenden Flamme. Die Flamme geht dann durch das Füllmedium hindurch und wird als Folge des Durchganges durch den kurvigen Weg, was erforderlich ist, um durch das Füllmedium hindurchzugehen und die Oberfläche des Füllmediums zu berühren (Wärmesenke), weiter gedämpft bzw. erstickt. Nachdem das gedämpfte Gas aus dem Füllmedium austritt, bewegt es sich durch das spiralförmig gewickelte Keildrahtgitter des Innenzylinders hindurch, welches ebenso für ein ausgewähltes Gas oder eine Gasgruppe mit Spalten versehen ist. Tritt das Gas aus dem Innenzylinder aus, muß es wieder eine abrupte (neunzig Grad (90°)) Wende machen, um die Strömung durch die Rohrleitung fortzusetzen.
Dementsprechend wird eine Flammensperrung in der Detonationsflammensperre gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Kombination der Spalte zwischen benachbarten Wicklungen der spiralförmig gewickelten Keildrahtgitter sowohl auf dem Außenzylinder als auch dem Innenzylinder wie auch das unregelmäßig gestaltete Füllmedium erreicht. Die Spaltgröße zwischen benachbarten Wicklungen des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters ist dabei kleiner als die MESG des Gases, um den ersten Mechanismus für die Flammensperrung vorzusehen. Das unregelmäßig gestaltete Füllmedium stellt einen kurvigen Flammenweg und einen großen Wärmeübergangsbereich zwischen der Flammenfront und dem Füllmedium zur Verfügung.
Diese Querkonzeption der Flammensperre der vorliegenden Erfindung erfüllt zwei sehr bedeutende Funktionen. Erstens erlaubt sie das Auftreffen der Schockwelle auf die hochfesten Flächen der gewölbten Flächen des Außenzylinders und der Stützwand, wie oben erwähnt. Die zweite Funktion besteht darin, für die gesamte Oberfläche (durch die Länge diktiert) des Behälters die Möglichkeit vorzusehen, variiert bzw. verändert zu werden, um einen gewünschten Druckabfall in einfacher Weise durch Verlängern des Behälters aufzunehmen bzw. diesem entgegenzukommen, im Gegensatz zur Vergrößerung des Durchmessers wie bei der Konzeption mit einem geraden Weg.
Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht das Füllmedium aus unregelmäßig geformten Kugeln, wie zum Beispiel Drahtkornkugeln. Die unregelmäßig geformten Kugeln erzeugen Spalte mit unregelmäßiger Größe zwischen benachbarten verdichteten Kugeln in dem Füllmedium. Die unregelmäßige Gestalt der einzelnen Komponenten des Füllmediums sowie die unregelmäßig geformten Spalte, die zwischen benachbarten Kugeln gebildet sind, unterbrechen die laminare Strömung der Flammenbälle (erzeugt Turbulenzen). Ferner bedeutet zusätzlich zur Erhöhung der Turbulenz die Tatsache, daß die Kugeln ungleichmäßige Form haben, daß sie eine größere Oberfläche haben als Präzisionskugeln, um eine Wärmesenke zum Löschen der dort hindurchgehenden Flamme zu erzeugen. Deshalb wird ein vergrößerter Wärmeübergang erreicht. Der Behälter, einschließlich des darin enthaltenden Füllmediums, ist konzipiert, um einen optimalen Druckabfall pro Einheitsvolumen zur Schaffung einer maximalen Flammensperre vorzusehen. Wieder kann als Folge der Querkonzeption der Gesamtdruckabfall, der sich aus dem Durchgang des Gases durch den Behälter ergibt, dadurch auf einem niedrigen Wert gehalten werden, daß die Länge des Behälters wie erforderlich variiert wird.
Die verjüngt zulaufende Oberfläche des das spiralförmig gewickelte Keildrahtgitter bildenden Drahtes dient zwei Zwecken, die Schaffung aerodynamischer Gasfließeigenschaften in den Behälter hinein und auch die Schaffung einer verjüngt zulaufenden oder winkeligen Oberfläche derart, daß Fremdkörper zwischen benachbarten Wicklungen der verjüngt zulaufenden Oberfläche des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters eingefangen werden. Die aerodynamische Gasströmung wird durch die Spitze des Konus erzeugt, welche durch das vorbeiströmende Gas schneidet. Die Möglichkeit des Vorbeiströmens des Gases verbessert die Strömungseigenschaften, ohne daß ein merklicher Druckabfall verursacht wird. Zusätzlich würde zwar eine Konzeption mit paralleler Platte zu einer laminaren Strömung des durch die Platten schneidenden Gases beitragen, der verjüngt zulaufende Keildraht trägt aber im Gegensatz dazu zu einer Turbulenzerhöhung dadurch bei, daß die Geschwindigkeit der Schockwelle erhöht und der Druck derselben verringert wird.
Zwischen benachbarten Wicklungen der verjüngt zulaufenden Oberfläche des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters eingefangene Fremdstoffe können nach einer Umkehrströmung in dem Behälter leicht dadurch entfernt werden, daß eine Hochdruck-Reinigungslösung durch die gewölbte Fläche des Außenzylinders des Behälters eingespritzt wird. Dies erreicht man durch den Einbau von Hochdruckdüsen in der gewölbten Fläche des Außenzylinders neben dem mediumverdrängenden Bolzen.
Die Größe der Spalte zwischen benachbarten Wicklungen des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters sowohl des Außenzylinders als auch den Innenzylinders löscht eine Flamme aus, die dort hindurchgeht, entsprechend bekannten Eigenschaften ausgewählter Gase. Somit kann je nach der Art des durch die Anwendung getragenen Gases eine Spaltgröße ausgewählt werden, und zweitens dient das gewickelte Keildrahtgitter der Aufnahme des Füllmediums.
Das Keildrahtgitter auf dem inneren und äußeren Zylinder kann in wirksamer Weise durch das spiralförmige Wickeln eines verjüngten Drahtes um ihre entsprechenden zylindrischen Umfänge herum erzeugt werden. Die Spaltgröße kann so gesteuert werden, daß sie kleiner ist als die veröffentlichten (bekannten) MESG-Eigenschaften eines besonderen Gases oder einer Gasgruppe, und der verjüngte Draht kann um die Zylinder in wirtschaftlicher Weise gewickelt werden, während genaue Toleranzen eingehalten werden. Die Konzeption der vorliegenden Erfindung ist deshalb wirksam für Anwendungen eines Gases mit kleiner Grenzspaltweite (low MESG gas), wie zum Beispiel Wasserstoff.
Das Füllmedium kann dadurch nachgeladen oder ersetzt werden, daß man den Behälter aus dem Außengehäuse herausnimmt, das Füllmedium dadurch herausnimmt, daß man den konusförmigen Verdrängungsbolzen entfernt, und das Füllmedium durch frisches Füllmedium ersetzt. Das neue Füllmedium könnte erforderlichenfalls eine andere Größe haben mit einer unterschiedlichen Größe, um ein anderes Gas, einen anderen Typ oder eine Gruppe je nach Wunsch aufzunehmen. Alternativ kann das entfernte Füllmedium gereinigt oder für eine fortgesetzte Benutzung wieder eingebaut werden.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Detonationsflammensperre zu schaffen, die einen Behälter aufweist, der es erforderlich macht, daß die Flammenfront einen abrupten Richtungswechsel vornimmt, um durch den Behälter zu gelangen.
Es ist eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Detonationsflammensperre vorzusehen, die ein spiralförmig gewickeltes Keildrahtgitter aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Detonationsflammensperre einschließlich eines spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters auf einem inneren Zylinder und einem äußeren Zylinder zu erzeugen, die zusammen den Behälter bilden.
Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Detonationsflammensperre mit einem spiralförmig gewickelten Keildrahtgitter unter Verwendung eines Drahtes, der auf mindestens einer Oberfläche verjüngt ist, um Fremdstoffe einzufangen und die Strömung zu vergrößern und Turbulenzeigenschaften durch das Keildrahtgitter zu erzeugen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Detonationsflammensperre mit einem spiralförmig gewickelten Keildrahtgitter, die auch einen Spalt zwischen benachbar ten Wicklungen des Gitters aufweist, der für einen besonderen Gastyp oder eine Gasgruppe ausgewählt ist.
Ferner ist es zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Füllmedium zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder einzuschließen, um als kurvige Bahn und Wärmesenke zu wirken, um eine dort hindurchgehende Flamme auszulöschen.
Es ist eine weitere andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein unregelmäßig geformtes Füllmedium vorzusehen, um die Oberfläche zu vergrößern und auch die Turbulenz des dort hindurchgelangenden Gases/der Flamme zu erhöhen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Detonationsflammensperr-Konzeption vorzusehen, die für die Anwendung bei Gas mit kleiner Grenzspaltweite (low MESG gas) wirksam ist.
Es ist auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Detonationsflammensperre zu schaffen mit einem inneren Zylinder und einem äußeren Zylinder und einem Füllmedium dazwischen, welches in der Lage ist, für die Reinigung/das Nachfüllen entfernt oder mit einem Füllmedium anderer Größeneigenschaft ersetzt bzw. ausgetauscht zu werden, die für einen unterschiedlichen Gastyp oder eine andere Gasgruppe ausgewählt ist.
Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung weisen das Abschwächen bzw. Dämpfen der Druckfront und der reflektierenden Druckfront dadurch auf, daß die Fallensperre ausgestaltet wird, um eine strukturell solide, gewölbte Fläche sowohl auf dem äußeren als auch auf dem inneren Zylinder vorzusehen.
Weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann nach Prüfung der anliegenden Zeichnungen und Studium der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine isometrische Ansicht des äußeren Gehäuses der Flammensperre der vorliegenden Erfindung, wie sie in einer Rohrleitung eingebaut werden kann.
2 ist eine weggeschnittene Seitenansicht der Detonationsflammensperre der vorliegenden Erfindung mit spiralförmig gewickelten Keildrahtgittern.
3 ist eine weggeschnittene Seitenansicht der 2, wenn sie um etwa dreißig (30°) Grad gedreht ist.
4 ist die abgeschnittene Seitenansicht der 2, wenn sie etwa dreißig (30°) Grad in der entgegengesetzten Richtung der 3 gedreht ist.
5 ist eine Ansicht entlang der Linie 5-5 der 2.
6 ist eine vergrößerte Ansicht der Einzelheit 6 der 5 mit der Darstellung der räumlichen Anordnung von unregelmäßig geformtem Füllmedium der bevorzugten Ausführungsform.
7 ist eine Seitenansicht des äußeren Zylinders der Flammensperre der vorliegenden Erfindung unter Darstellung ihrer spiralförmigen Wicklungen.
8 ist eine weggeschnittene Einzelansicht unter Darstellung der Anordnung der spiralförmigen Wicklungen der Keildrahtgitter des inneren und äußeren Zylinders, wobei Füllmedium zwischen dem inneren und dem äußeren Zylinder eingeführt ist.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Eine Außenansicht der Detonationsflammensperre 10 der vorliegenden Erfindung ist in 1 gezeigt. Die Detonationsflammensperre 10 ist so konzipiert, daß sie in einer (nicht gezeigten) Gaspipeline in Line angeordnet ist, in welcher die Gasleitung ein Einströmende und ein Ausströmende (nicht gezeigt) hat. 1 zeigt das äußere Gehäuse der Flammensperre 10, welches eine in der Technik allgemein bekannte Gestaltung hat und einen Einlaßflansch 12 für die Verbindung mit dem Einströmende der Gasleitung, ein Einlaßgehäuse 14, einen Außengehäusekörper 16, ein Auslaßgehäuse 18 und einen Auslaßflansch 20 aufweist für die Verbindung mit dem Ausströmende der Gasleitung. Der Einlaßflansch 12 und der Auslaßflansch 20 sind in der Industrie für Flammensperren bekannte Dichtleist-Vorschweißflansche. Das Außengehäuse der Flammensperre 10 sorgt daher für eine im wesentlichen hohle Druckbehälterhülle, die mit der Gasleitung in offener innerer Verbindung steht.
Das äußere Gehäuse 11 der Flammensperre 10 und insbesondere das Einlaßgehäuse 14, der äußere Gehäusekörper 16 und der Auslaßgehäusekörper 18 werden von einem radialen Rahmen 22 gestützt und zusammengehalten. Der radiale Rahmen 22 hat auch einen in der Industrie bekannten Aufbau und weist ein Paar von Ringflanschen 24 und 26 derart auf, daß der Ringflansch 24 das Einlaßgehäuse 14 und der Ringflansch 26 das Auslaßgehäuse 18 umgeben.
Wie man in 2 sehen kann, verbinden die Ringflansche 24 und 26 den Außengehäusekörper 16 und haltern diesen und befestigen das Einlaßgehäuse 14 und das Auslaßgehäuse 18 an dem äußeren Gehäusekörper 16. Die Ringflansche 24 und 26 werden durch eine Vielzahl von Gewindebolzen gehalten, die gemeinsam mit 28 bezeichnet und um den Umfang der Flammensperre 10 längs den Ringflanschen 24 und 26 angeordnet sind. Die Ringflansche 24 und 26 werden auf den Gewindebolzen 28 von einer Mehrzahl von gemeinsam mit 30 bezeichneten Muttern gehalten, die auf den Anschlußenden der Gewindebolzen 28 auf den gegenüberliegenden Oberflächen der Ringflansche 24 und 26 in der in den 1 bis 4 gezeigten Weise aufgeschraubt sind.
Als nächstes wird auf 2 Bezug genommen, die eine weggeschnittene Seitenansicht der Flammensperre 10 unter Darstellung eines Behälters 32 ist, der in dem äußeren Gehäuse der Flammensperre 10 angebracht ist. Gemäß Darstellung in 2 ist der Behälter 32, den man auch als Kanister bezeichnen könnte, in dem äußeren Gehäuse derart angebracht, daß seine Längsachse parallel und konzentrisch zu der Längsachse des äußeren Gehäuses 11 (1) ist. Dies bedeutet, daß das Fließmuster durch die Flammensperre 10 durch den Behälter 32 quer bzw. schräg zu der Längsachse des äußeren Gehäuses und zur Längsachse der Rohrleitung bzw. Pipeline verläuft. Die Querausrichtung des Behälters 32 in dem äußeren Gehäuse bedeutet, daß die Gasströmung in das Einlaßgehäuse 14 durch den Einlaßflansch 12 aus dem Zufluß der Gasleitung um den Behälter 32 herum gelangt, wobei es erforderlich ist, daß er eine abrupte Wende macht, bei der bevorzugten Ausführungsform 90°, um durch den Behälter 32 zu gelangen, und eine zweite abrupte Wende zum Eingang aus dem Behälter 32 in das Auslaßgehäuse 18 und durch dieses, den Auslaßflansch 20 in das Ausfließende der Pipeline nimmt. Die Strömungsrichtung des Gases ist in 2 durch Pfeile veranschaulicht, welche durch den Einlaßflansch 12 in das äußere Gehäuse eintreten, durch das Einlaßgehäuse 14 um den Behälter 32 herum zwischen dem Behälter 32 und der Innenseite des äußeren Gehäusekörpers 16 gelangen, sich abrupt in die Mitte des Behälters 32 und durch diesen wenden und sich wieder abrupt aus dem Behälter 32 heraus und in das Auslaßgehäuse 18 wenden und dann durch den Auslaßflansch 20 austreten.
Der Behälter 32 weist einen äußeren Zylinder 34, einen inneren Zylinder 36, einen Behälterflansch 38 und Füllmedium 40 auf, das zwischen dem inneren Zylinder 36 und dem äußeren Zylinder 34 gehalten wird. Sowohl der äußere Zylinder 34 als auch der innere Zylinder 36 sind an den Behälterflansch 38 angeschweißt. Eine ringförmige Stützwand 42 ist in dem äußeren Gehäusekörper 16 befestigt. Bei der bevorzugten Ausführungsform hat die Stützwand 42 denselben Durchmesser wie der äußere Gehäusekörper 16 und ist permanent in diesem eingeschweißt.
Als Beispiel hielt man einen Behälter mit den folgenden Maßen für geeignet, eine Detonationsflamme in einer Wasserstoffgasumgebung in einer vier Zoll (4'')-Pipeline zu sperren. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind der äußere Zylinder 34 und der innere Zylinder 36 aus nicht rostendem Stahl T-304 aufgebaut, um der Korrosion zu widerstehen, es versteht sich jedoch, daß auch andere Metalle und Legierungen geeignet sind, je nach der Gasumgebung.
Äußerer Zylinder:

8''ID × 15'' Gesamtlänge mit einer 10'' Länge eines spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters;
4''lang × 8'' gewölbte Fläche;
½''langer erster Schweißring;
½''langer zweiter Schweißring;

Innerer Zylinder:

4 ¼'' OD × 13 ¼'' Gesamtlänge mit einer 10'' Länge eines spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters;
2 ½''lang × 4'' gewölbte Fläche;
3/8'' langer erster Schweißring;
3/8'' langer zweiter Schweißring;
½'' dicker Behälterflansch, etwa 8 ½'' Durchmesser.

Die Stützwand 42 hat verschiedene wichtige Funktionen, einschließlich Dämpfen der Druck(Schock)-Wellen (unten diskutiert), erzeugt eine Barriere in dem äußeren Gehäusekörper 16, um zu verhindern, daß eine Flammenfront an dem Behälter 32 vorbeigeht, und bildet den Aufbau, welcher den Behälter 32 in seiner Querausrichtung in dem äußeren Gehäuse hält. Unter Bezugnahme auf 2 in Kombination mit 4 ist eine Vielzahl von Löchern um den ringförmigen Umfang der ringförmigen Stützwand 42 gebohrt, um eine Vielzahl von Bolzen, gemeinsam mit 44 bezeichnet, aufzunehmen, die sich in den Behälterflansch 38 schrauben. Die in den Behälter 38 eingeschraubten Bolzen halten den Behälter 32 in dem äußeren Gehäuse der Flammensperre 10 in Querausrichtung.
Der Behälterflansch 38 ist ebenfalls ringförmig, hat jedoch einen kleineren Durchmesser als die Stützwand 42 bei seiner bevorzugten Ausführungsform. Der Behälterflansch 38 ist um seine Bodenringfläche herum mit Löchern gebohrt und mit Gewinde versehen, so daß die Löcher zu den durch die Stützwand 42 gebohrten Löchern passen. Die in den Behälterflansch 38 gebohrten Löcher sind mit Gewinden versehen, die zu den Gewinden der Bolzen 44 passen. Außerdem erstrecken die sich in dem Behälterflansch 38 gebohrten Gewindelöcher nicht ganz durch den Behälterflansch 38 bei der bevorzugten Ausführungsform, um zu verhindern, daß Gas oder bedeutsamer eine Flammenfront in das Auslaßgehäuse 18 um die Bolzen 44 herum entweicht. Die Breite des ringförmigen Behälterflansches 38 ist bei der bevorzugten Ausführungsform etwa gleich dem Raum, der zwischen dem äußeren Gehäuse 34 und dem inneren Gehäuse 36 gebildet ist, welcher das Füllmedium 40 hält, plus die Breite des äußeren Gehäuses 34 und des inneren Gehäuses 36, die an dem Behälterflansch 38 angeschweißt sind.
Sowohl der Behälterflansch 38 als auch die Stützwand 42 sind ringförmig und weisen konzentrische Löcher 46 und 48 auf, welche durch die Mitte des Behälterflansches 38 bzw. Stützwand 42 durchgearbeitet sind. Die Größe der konzentrischen Löcher 46 und 48 ist etwa so wie der Innendurchmesser des inneren Zylinders 36. Zweck der konzentrischen Löcher 46 und 48 ist es, den unbeschränkten Durchgang von aus dem Behälter 32 austretendem Gas durch das Innere des inneren Zylinders 36 zu erlauben, um aus dem Inneren des inneren Zylinders 36 heraus und in das Auslaßgehäuse 18 zu gelangen, wobei es aus der Flammensperre 10 durch den Auslaßflansch 20 aus- und in die Abströmrohrleitung (wie durch die Pfeile in 2 veranschaulicht ist) eintritt.
Unter spezieller Bezugnahme auf die 2, 5 und 7 wird als nächstes der Aufbau des äußeren Zylinders 34 beschrieben. Der äußere Zylinder 34 weist allgemein eine gewölbte Fläche 50, einen ersten Schweißring 52, einen zweiten Schweißring 54, ein spiralförmig gewickeltes Keildrahtgitter 56, welches zwischen dem ersten Schweißring 52 und dem zweiten Schweißring 54 aufgewickelt ist, und eine Vielzahl von Stützrippen auf, die insgesamt mit 56 bezeichnet sind, welche den Außenumfang des äußeren Zylinders 34 verbinden.
Der Schweißring 52 ist an die gewölbte Fläche 50 angeschweißt, während der Schweißring 54 an den Behälterflansch 38 angeschweißt ist. Das Drahtgitter 56 ist ein spiralförmig gewickelter Draht mit einer verjüngt (keil-)förmigen Fläche und einer flachen (stumpfen) Fläche. Der spiralig gewickelte Keildraht 56 ist eine kontinuierliche Spiralwickel von dem ersten Schweißring 52 zu dem zweiten Schweißring 54. Die verjüngte (keil-) Fläche 60 ist bei der bevorzugten Ausführungsform an den Halte- oder Stützrippen 58 punktgeschweißt, um den äußeren Umfang des äußeren Zylinders 34 zu bilden. Die Enden der Stützrippen 58 sind an den ersten Schweißring 52 bzw. den zweiten Schweißring 54 angeschweißt. Demgemäß wird ein einheitlicher, im wesentlichen zylindrischer äußerer Zylinder 34 beschrieben.
In ähnlicher Weise weist der innere Zylinder 36 eine gewölbte Fläche 34, ein spiralförmig gewickeltes Keildrahtgitter 66 und gemeinsam mit 68 bezeichnete Stützrippen auf. Die Rippen 68 sind in 8 zusammen bezeichnet, und eine typische Rippe 68 ist in den 2 bis 5 gezeigt. Der innere Zylinder 36 weist auch einen ersten Schweißring 70 auf (der in größerer Einzelheit in 8 gesehen werden kann), der an der gewölbten Fläche 36 angeschweißt ist, sowie einen zweiten Schweißring 71, der an dem Behälterflansch 38 angeschweißt ist. Die Enden der Stützrippen 68 sind an die Schweißringe angeschweißt. Der spiralförmig gewickelte Keildraht 66 ist eine kontinuierliche Spiralwicklung zwischen den zwei Schweißringen. Die verjüngte Fläche 72 ist an den Stützrippen 68 punktgeschweißt, um den inneren Umfang des inneren Zylinders 36 zu bilden.
Das spiralförmig gewickelte Keildrahtgitter 66 des inneren Zylinders 36 weist eine verjüngte Oberfläche 72 und eine abgestumpfte Oberfläche 74 auf. Wie man in den 2–4 und 8 sehen kann, ist die verjüngte Fläche 72 des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters 66 des inneren Zylinders 64 in entgegengesetzter Weise derart ausgerichtet, daß die verjüngte Fläche 72 des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters 66 des inneren Zylinders 36 zu der Mitte des inneren Zylinders 36 hin zeigt, während die verjüngte Fläche 60 des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters 56 des äußeren Zylinders 34 vom Inneren des äußeren Zylinders 34 weg deutet. Dementsprechend wird das Füllmedium 40 in dem Behälter 32 zwischen der abgestumpften Fläche 62 des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters 56 des äußeren Zylinders 34 und der abgestumpften Fläche 74 des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters 66 des inneren Zylinders 36 gehalten. Das spiralförmig gewickelte Keildrahtgitter 56 und 66 des äußeren Zylinders 34 bzw. des inneren Zylinders 36 ist bei der bevorzugten Ausführungsform ein Vee-Wire^®-Gitter, welches im Handel von der Firma USF Johnson Screens erhältlich ist.
Der Behälter 32 ist an der Stützwand 42 in der oben beschriebenen Querrichtung befestigt, damit eine Druckwellenfront (Schockwelle), welche durch die Pipeline infolge einer Detonation des Gases hindurchgelangt, welches in der Pipeline enthalten ist, in die Flammensperre 10 durch den Einlaßflansch 12 und das Einlaßgehäuse 14 eintritt. Die Schockwelle prallt dann auf die gewölbte Fläche 50 des äußeren Zylinders 34 und gelangt auch in den Raum, welcher zwischen dem äußeren Gehäusekörper 16 und dem äußeren Zylinder 16 bestimmt ist, und stößt auf die Stützwand 42. Sowohl die Stützwand 42 als auch die gewölbte Fläche 50 des äußeren Zylinders 34 sind so aufgebaut, daß sie der Kraft einer auftreffenden Schockwelle widerstehen. Die Detonationswellenfront (Schockwelle) wird dabei durch die Kombination der gewölbten Fläche 50 des äußeren Zylinders 34 und der Stützwand 42 abgeschwächt.
In ähnlicher Weise wird eine Druckfront, welche durch die Flammensperre 10 hindurchgelangen kann, obgleich die Flammenfront ausgelöscht ist, die zurück in die Flammensperre 10 durch den äußeren Flansch 20, das äußere Gehäuse 18 und zurück in den Behälter 34 reflektiert werden kann, durch die aufbaumäßige Unversehrtheit der Bodenfläche der Stützwand 42 und der inneren Fläche der gewölbten Fläche 64 des inneren Zylinders 36 abgeschwächt, ohne daß eine Beschädigung des Behälters 32 oder des äußeren Gehäuses der Flammensperre 10 verursacht würde. Die Querausrichtung des Behälters 32 in dem äußeren Gehäuse der Flammensperre 10 erlaubt die strukturelle Unversehrtheit des Behälters 32, um eine Druckfront (Schockwelle) oder reflektierte Druckfront zu absorbieren.
Die verjüngte Geometrie des Drahtes, welcher das spiralförmig gewickelt Keildrahtgitter sowohl des äußeren Zylinders 34 als auch des inneren Zylinders 36 bildet, dient dem Doppelzweck, aerodynamische Gasströmungseigenschaften in den Behälter 32 hinein vorzusehen, und fängt auch Fremdkörper und Verunreinigungen zwischen benachbarten Wicklungen der verjüngten Flächen 60 und 72 des äußeren Zylinders 34 bzw. des inneren Zylinders 36 ein. Fremdkörper und Verunreinigungen, die zwischen jeweils benachbarten verjüngten Flächen 60 und 72 eingefangen sind, können leicht entfernt werden, um die Strömung durch den Behälter 32 in einer unten beschriebenen Weise wieder herzustellen (Druckabfall reduzieren).
Eine aerodynamische Gasströmung in den Behälter 32 vorbei an dem spiralförmig gewickelten Keildrahtgitter 56 des äußeren Zylinders 34 erfolgt als Ergebnis der verjüngten Fläche 60 des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters 56, welche das Gas durchschneidet, wenn es in den Behälter 32 strömt, während ein minimaler Druckabfall verursacht wird. Das liegt daran, weil die verjüngte Fläche 60 des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters 56 eine Erhöhung der Turbulenz des Gases hervorruft, welches dort hindurchgelangt, als Ergebnis der Erhöhung der Geschwindigkeit der Schockwelle (Druckfront) und Verringerung des Druckes. Außerdem kann die Länge des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters 56 des Behälters 32 variiert werden, um ein größeres Gasvolumen zum Minimieren des Druckabfalls aufzunehmen.
Die Größe der Spalte zwischen benachbarten Wicklungen der entsprechenden abgestumpften Flächen 62 und 74 des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters 56 und 66 auf dem äußeren Zylinder 34 und dem inneren Zylinder 36 löschen in ihrer Wirkung eine dort hindurchgelangende Flamme gemäß den bekannten MESG-Eigenschaften eines ausgewählten Gaseinsatzes aus. Dementsprechend kann eine Spaltgröße ausgewählt werden je nach der Art des Gases, welches durch einen bestimmten Gasleitungseinlaß gefördert werden soll. Zwecks eines Beispiels beträgt die bekannte MESG für Wasserstoff 0,28 mm. Bei dem Beispiel der Wasserstoffgasanwendung könnte die Spaltgröße zwischen benachbarten Wicklungen der abgestumpfte Flächen 64 und 74 der spiralförmig gewickelten Keildrahtgitter 56 bzw. 66 so sein, daß man eine merkliche Vergrößerung der Geschwindigkeit und Verringerung des Druckes der Druckfront gewinnt. Bei einem Wasserstoffeinsatz fand man eine Spaltgröße von 0,025 Zoll als annehmbar. Dementsprechend hat das Spaltmaß, welches man zwischen benachbarten abgestumpften Flächen 62 und 74 benachbarter Wicklungen des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters 56 bzw. 66 gemessen hat, wie merkliche Funktion des Auslöschens einer Flammenfront.
Die Bedeutung des Spiralwickelkonzeptes des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters 56 des äußeren Zylinders 34 und des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters 66 des inneren Zylinders 36 ist die Schaffung eines kostenwirksamen Mittels der Herstellung eines Flammensperrbehälters derart, daß die Spaltgröße zwischen benachbarten abgestumpften Flächen 62 und 74 des Gitters 66 gleichbleibend und genau beibehalten werden kann, welches auf einer kostenwirksamen Grundlage hergestellt werden kann.
Zusätzlich zu den Fähigkeiten des Auslöschens der Flamme durch die zwischen den abgestumpften Flächen 62 und 74 zwischen benachbarten Wicklungen des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters 56 bzw. 66 des äußeren Zylinders 34 bzw. inneren Zylinders 36 gebildeten Spalte dienen die abgestumpften Flächen 62 und 74 dem Zweck, Füllmedium 40 in dem Behälter 32 zu halten. Das Füllmedium 40 bei der bevorzugten Ausführungsform besteht aus Drahtkornkugeln, die im Handel erhältlich sind und umfangreich als Sandstrahlgut bei dem gewerblichen Sandstrahleinsatz verwendet wird. Die Drahtkorn-Stahlkugel ist besonders für den Behälter der vorliegenden Erfindung wegen der Tatsache geeignet, daß die einzelnen Kugelelemente unregelmäßige äußere Flächen haben. Die Größe der speziellen ausgewählten Kugel hängt von dem Gaseinsatz ab und wird wieder von der bekannten MESG des Gases diktiert. Beispielsweise muß in der Umgebung eines Gases mit kleiner MESG, wie zum Beispiel Wasserstoff (0,28 mm), die Stahlkugel, die für das Füllmedium geeignet ist, einen Durchmesser derart haben, daß der Spalt zwischen gepackten Kugeln nahe der MESG des Gases ist. Man hat gefunden, daß bei der bevorzugten Ausführungsform eine Drahtkorn-Stahlkugel mit einem Durchmesser von 0,039 Zoll besonders geeignet ist. Obwohl der Durchmesser der einzelnen Komponentenkugel des Füllmediums größer ist als die MESG des Gases, ist am wichtigsten, daß der Luftraum, der zwischen den benachbarten, sich berührenden Komponentenkugeln gebildet ist, kleiner als die MESG (Grenzspaltweite) des Gases ist. Dementsprechend ist es bedeutsam, daß der Spaltrum zwischen benachbarten Komponentenkugeln im Füllmedium 40 kleiner ist als 0,027 Zoll in einer Wasserstoffgasumgebung, um für den Behälter 32 eine Wasserstoffgas-Flammenfront effektiv auszulöschen.
Unter Bezugnahme auf 2 in Verbindung mit den 5 und 6 ist der ganze zwischen dem inneren Zylinder 36 und dem äußeren Zylinder 34 gebildete Raum mit dem Füllmedium 40 gefüllt, das zwischen der abgestumpften Fläche 62 des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters 56 des äußeren Zylinders und der abgestumpften Fläche 74 des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters 66 des inneren Zylinders 36 gehalten wird. Unter spezieller Bezugnahme auf 6 erzeugt die unregelmäßige Form der einzelnen Bestandteile, zum Beispiel 76, 78, 80, 82, 84 und 86, wenn sie gemäß Darstellung nebeneinander verdichtet sind, Räume oder Spalte mit unregelmäßiger Größe zwischen den benachbarten, verdichteten Kugeln in dem Füllmedium. Die ungleichmäßige Form der einzelnen Bestandteile 76, 78, 80, 82, 84 und 86 des Füllmediums 40 ruft eine Turbulenz hervor, wenn Gas oder eine Flammenfront um diese unregelmäßigen Flächen herumgelangt. Außerdem erzeugen die oben beschriebenen Räume oder Spalte, die zwischen den benachbarten ungleichmäßig geformten Bestandteilen 76–86 gebildet sind, in ähnlicher Weise eine turbulente Strömung des durch diese hindurchgelangenden Gases. Diese erzeugte Turbulenz infolge des Gases, welches dem gekrümmten Weg durch das unregelmäßig geformte Füllmedium folgt, löscht die Flamme aus.
Darüber hinaus bedeutet zusätzlich zur Erhöhung der Turbulenz die Tatsache, daß die Bestandteile 76–86 des Füllmediums 40 unregelmäßige Gestalt haben, daß eine größere Oberfläche vorgesehen ist, über welche die Flamme hinweggelangen muß. Diese größere Oberfläche trägt zur Erhöhung des Wärmeüberganges zwischen der Flamme und dem Füllmedium bei, wodurch die Flamme gelöscht wird. Das unregelmäßige geformte Füllmedium 40, welches in dem Behälter 32 enthalten ist, führt durch die Schaffung einer größeren Komponentenoberfläche sowie einen gekrümmten Weg für die Flamme, um durch das Füllmedium hindurchzugehen, zu einem optimalen Druckabfall pro Einheitsvolumen des Füllmediums, was zu einer maximalen Flammensperre pro Einheitsvolumen des Füllmediums beiträgt. Wie oben erwähnt, kann jedoch die Länge des Behälters 32 so verändert werden, daß ein ausreichendes Volumen des Füllmediums vorgesehen wird, so daß der Gesamtdruckabfall des durch das Füllmedium 40 des Behälters 32 gelangenden Gases bei einem gewünschten (niedrigen) Wert gehalten werden kann.
Um den minimalen Raum oder Spalt zwischen benachbarten Komponenten, wie zum Beispiel 76–86 der 6, zu halten, ist es erwünscht, das Füllmedium 40 in dem Behälter 32 zu verdichten. Dies wird bei der bevorzugten Ausführungsform dadurch erreicht, daß ein mediumverdrängender Bolzen 90 durch die gewölbte Fläche 50 in das in dem Behälter 32 enthaltene Füllmedium 40 eingeführt wird. Das Ende 92 des das Medium verdrängenden Bolzens 90 ist verjüngt zulaufend bzw. konusförmig, so daß es keilförmig gegen das Füllmedium 40 drückt bzw. das Medium einzwängt, um das Füllmedium 40 in dem Behälter 32 zu verdichten.
Bei der bevorzugten Ausführungsform wird der das Medium verdrängende Bolzen 90 durch die gewölbte Fläche 50 des äußeren Zylinders 34 geschraubt, um festgezogen zu werden und die Kompression des Füllmediums 40 zu erhöhen oder zu lockern, um das Füllmedium zu ersetzen oder zu reinigen (unten beschrieben).
Ein Gewindekragen 94 ist in die gewölbte Fläche 50 des äußeren Zylinders 34 eingeschweißt, um den das Medium verdrängenden Bolzen 90 aufzunehmen. Der Kragen 94 ist mit einem Gewinde versehen, welches zu dem das Medium verdrängenden Bolzens 90 paßt, so daß der das Medium verdrängende Bolzen 90 durch den Kragen 94 so eingeschraubt werden kann (und deshalb die gewölbte Fläche 50 des äußeren Zylinders 34), daß der Konus 92 sich gegen das Füllmedium 40 verkeilt und dadurch das Füllmedium 40 verdichtet.
Bei einer anderen, abgedichteten Ausführungsform könnte der Verdrängungsbolzen 90 in die gewölbte Fläche 50 des äußeren Zylinders 34 eingeschweißt sein. Bei dieser abgedichteten Ausführungsform könnte das Füllmedium nicht durch den Kragen 94 in der gewölbten Fläche 50 für die Reinigung oder den Austausch entfernt werden.
Unter Bezugnahme auf 8 werden Fremdstoffe (Verunreinigungen), die in dem Gasstrom mitgeführt und gemeinsam mit 96 bezeichnet sind, zwischen benachbarten Wicklungen der verjüngten Fläche 60 des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters 56 des äußeren Zylinders 34 eingefan gen. Die eingefangenen Fremdkörper 96 können leicht nach Aufbringen einer umgekehrten Strömung in dem Behälter dadurch vertrieben werden, daß eine Hochdruck-Reinigungslösung in das Füllmedium 40 durch die gewölbte Fläche 50 des äußeren Zylinders 34 eingespritzt wird. Bei einer alternativen Ausführungsform könnten zusätzliche Anschlußstücke auf der gewölbten Fläche 50 angeordnet werden, um die Verbindung einer Quelle einer Reinigungslösung unter hohem Druck zu ermöglichen, damit diese durch die gewölbte Fläche 50 des äußeren Zylinders 34 in das Füllmedium eingespritzt wird. In ähnlicher Weise können beliebige Fremdstoffe, die zwischen der verjüngten Fläche 72 benachbarter Wicklungen des spiralförmig gewickelten Keildrahtgitters 66 des inneren Zylinders 36 eingefangen werden können, durch die Strömung der Reinigungslösung unter hohem Druck von dem Einspritzen, wie oben beschrieben wurde, vertrieben werden.
Das Füllmedium 40 kann dadurch ausgetauscht oder nachgeladen werden, daß der Behälter 32 von dem äußeren Gehäuse der Flammensperre 10 durch Entfernen des Verdrängungsbolzens 90 von der gewölbten Fläche 50 des äußeren Zylinders 34 entfernt wird. Das Füllmedium 40 kann dann aus dem Behälter 32 durch den Kragen 94 entfernt werden und entweder durch ein neues Füllmedium ersetzt werden, oder das vorhandene Füllmedium könnte gereinigt und wieder in den Behälter 32 eingegeben werden, wobei der Verdrängungsbolzen 90 wieder in den Kragen 94 derart zurückgeschraubt wird, daß der Konus 92 das Füllmedium 40 in dem Behälter 32, wie oben beschrieben, verdichtet.
Außerdem könnte im Fall eines Wechsels des Gastyps in der Pipeline das Füllmedium 40 entfernt und durch ein Füllmedium eines Komponentendurchmessers ersetzt werden, welches für den neuen Gaseinsatz geeignet ist.
Zwar wurde die Erfindung mit einem gewissen Grad an Besonderheit beschrieben, es ist aber offensichtlich, daß viele Veränderungen bei den Einzelheiten des Aufbaues vorgenommen werden können, ohne aus dem Offenbarungsumfang herauszugelangen. Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die hier zwecks beispielhafter Darstellung erläuterte Ausführungsform beschränkt ist, sondern nur durch den Umfang des anliegenden Anspruches oder der Ansprüche, einschließlich des gesamten Äquivalenzbereiches beschränkt ist, der jedem Element der Ansprüche zusteht.

Claims

Behälter mit Detonationsflammensperre, der in einem externen Gehäuse (16) gelagert ist und aufweist: einen Behälterflansch (38), der in dem externen Gehäuse gelagert ist, einen inneren Zylinder (36) mit einem ersten Ende, einem zweiten Ende, einem äußeren Umfang und einem äußeren Durchmesser, wobei das erste Ende des inneren Zylinders von dem Behälterflansch unterstützt wird, das zweite Ende des Behälterflansches versiegelt ist; einen äußeren Zylinder (34) mit einem ersten Ende, einem zweiten Ende, einem äußeren Umfang und einem inneren Durchmesser, wobei der innere Durchmesser des äußeren Zylinders größer ist, als der äußere Durchmesser des inneren Zylinders, so daß zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder ein Zwischenraum gebildet wird, wenn der äußere Zylinder über den inneren Zylinder plaziert wird, das erste Ende des äußeren Zylinders von dem Behälterflansch unterstützt wird, wobei wenigstens ein Teil des äußeren Umfangs des äußeren Zylinders durch ein spiralförmig gewickeltes Gitter (56) begrenzt wird, wobei wenigstens ein Teil des äußeren Umfangs des inneren Zylinders perforiert ist, um zu ermöglichen, daß Gas durch den perforierten Teil treten kann; ein Füllmittel (40), das in dem Zwischenraum zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder enthalten ist.
Behälter gemäß Anspruch 1, wobei das spiralförmig gewickelte Gitter des äußeren Zylinders ein spiralförmig gewickeltes Keildrahtgitter ist.
Behälter gemäß Anspruch 2, wobei der perforierte Teil des inneren Zylinders durch ein spiralförmig gewickeltes Gitter bestimmt ist.
Behälter gemäß Anspruch 2, wobei das spiralförmig gewickelte Gitter des inneren Zylinders ein spiralförmig gewickeltes Keildrahtgitter ist.
Behälter gemäß Anspruch 2, der in Verbindung mit Gas mit bekannter Grenzspaltweite benutzt wird, wobei das spiralförmig gewickelte Keildrahtgitter des äußeren Zylinders aus gewickelten benachbarten Windungen aus Keildraht besteht, so daß die Lücke zwischen den gewickelten benachbarten Windungen aus Keildraht in der Größe so eingestellt ist, daß die Geschwindigkeit der Schockwelle erhöht und der Druck erniedrigt wird.