DE60309584T2

DE60309584T2 - Druckentlastungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60309584T2
Application number: DE2003609584
Authority: DE
Inventors: Erick Guelph GIROUARD
Original assignee: Teleflex GFI Control Systems LP
Current assignee: GFI Control Systems Inc
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: DE60309584D1; ES2276055T3; EP1497580A1; CA2426507C; EP1497580B1; AU2003221661A1; US6851445B2; ATE344898T1; US20030221720A1; CA2426507A1; WO2003091612A1

Description

Diese Erfindung betrifft Druckentlastungsvorrichtungen zum Entlasten von Druck auf ein Fluid in einem Druckgefäß und ein Verfahren zur Betätigung einer Vorrichtung zur Entlastung von Druck.
Druckentlastungsvorrichtungen zur Verwendung mit Fluida, die unter Druck in verschiedenen Druckgefäßen gehalten werden, sind bekannt. Typischerweise umfasst eine Druckentlastungsvorrichtung einen Stopfen, der in einem Durchgang innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, das an dem Druckgefäß befestigt ist, wobei sich der Stopfen normalerweise in einer Schließstellung befindet. Ein Einlass des Durchgangs steht mit dem Fluid in dem Druckgefäß in Verbindung, wenn der Stopfen geschlossen ist. Bei einer herkömmlichen Druckentlastungsvorrichtung blockiert der Stopfen den Strom des Fluids durch den Durchgang, wenn sich der Stopfen in der Schließstellung befindet, und der Stopfen ist in eine Öffnungsstellung bewegbar, in der das Fluid über den Durchgang aus dem Druckgefäß austreten kann.
Die herkömmliche Druckentlastungsvorrichtung soll übermäßigen Druck, dem das Fluid in einem Druckgefäß ausgesetzt ist, entlasten oder alternativ das Fluid im Fall eines Feuers freigeben. Ein solcher übermäßiger Druck kann beispielsweise durch ein Feuer verursacht werden. Jedoch führt Feuer nicht immer zu einem übermäßigen Druck. Beispielsweise in Fällen, in denen ein Druckgefäß Fluid nur bei der Hälfte des maximalen Nenndrucks hält, kann ein Feuer den Druck nicht über den maximalen Nenndruck hinaus erhöhen. Unter diesen Umständen würde das Feuer jedoch die Tankwand schwächen, was zu einer gefährlichen Situation führt. Bekannte Druckentlastungsvorrichtungen sind so gestaltet, dass sie im Fall des Ausbruchs eines Feuers am oder in der Nähe des Druckgefäßes, was zu der Gefahr einer Explosion oder einem Kollabieren führt, funktionieren.
Es ist wichtig, dass sich die Druckentlastungsvorrichtung schnell öffnet, wenn es die Bedingungen erfordern. Bei einer typischen temperaturgesteuerten Druckentlastungsvorrichtung wird der Stopfen in der Schließstellung mittels einer Schmelzlegierung mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt gehalten. Die Schmelzlegierung schmilzt, wenn die Schmelzlegierung Temperaturen, die gleich ihrem oder höher als ihr Schmelzpunkt sind, ausgesetzt wird, beispielsweise wenn ein Feuer in der Nähe des Druckgefäßes ausbricht. Nachdem die Schmelzlegierung geschmolzen ist, kann der Stopfen in die Öffnungsstellung bewegt werden.
Bei vielen bekannten Druckentlastungsvorrichtungen wird eine Feder verwendet, um den Stopfen in die Öffnungsstellung zu drücken. Die Feder soll bewirken, dass sich der Stopfen schnell aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung bewegt, wenn die Schmelzlegierung geschmolzen wird. Die Feder weist auch den zusätzlichen Zweck auf, dass sie sicherstellt, dass sich der Stopfen vollständig in die Öffnungsstellung bewegt und nicht in einer teilweise geöffneten Stellung stecken bleibt, in der der Durchgang teilweise blockiert wird. Eine teilweise Blockierung ist unerwünscht, da sie die Strömung des Fluids durch den Durchgang behindert. Ein Beispiel einer Feder, die zum Drücken des Stopfen in die Öffnungsstellung verwendet wird, ist in US-A-1,194,541 (Buttner) und 1 und 3 davon offenbart.
Bekannte Druckentlastungsvorrichtungen weisen jedoch eine Reihe von Mängeln auf. Beispielsweise kann, da die Druckentlastungsvorrichtung typischerweise während eines längeren Zeitraums in der Schließstellung bleibt, die Schmelzlegierung aufgrund der auf die Schmelzlegierung durch die Druckkraft von dem Fluid und/oder der Feder zur Einwirkung gebrachten Beanspruchung kriechen (d.h. sich im Lauf der Zeit unter der Beanspruchung deformieren). Letztendlich kann das Kriechen dazu führen, dass sich der Stopfen in die Öffnungsstellung (oder eine teilweise geöffnete Stellung) bewegt und folglich zur einer Freisetzung des Fluids unter Umständen führt, unter denen die Freisetzung von Fluid weder notwendig noch wünschenswert ist.
Ein weiterer Mangel der herkömmlichen Druckentlastungsvorrichtungen ist es, dass bei einigen Vorrichtungen die Bewegung des Stopfens in die Öffnungsstellung zu dem Austreiben des Stopfens aus der Druckentlastungsvorrichtung mit einer relativ hohen Geschwindigkeit führt. Das plötzliche Austreiben des Stopfens kann gefährlich und schädlich sein.
Aufgrund des relativ schnellen Strömens des Fluids durch den Durchgang, wenn sich der Stopfen in die Öffnungsstellung bewegt, ist es auch notwendig, dass der Weg der Strömung des Fluids durch den Durchgang relativ ungehindert ist. Herkömmliche Druckentlastungsvorrichtungen weisen jedoch typischerweise eine Reihe scharfer Kanten oder scharfer Ecken in dem Durchgang auf, der geöffnet wird, wenn sich der Stopfen in die Öffnungsstellung bewegt. Die scharfen Kanten oder scharfen Ecken sollten jedoch auf ein Minimum herabgesetzt werden, um die Strömung zu maximieren, wenn sich der Stopfen in der Öffnungsstellung befindet.
Des weiteren neigen bekannte Druckentlastungsventile auch dazu, eine relativ große Anzahl von mechanischen Teilen aufzuweisen, sodass das Risiko eines Versagens oder einer Funktionsstörung dieser Vorrichtungen relativ groß ist. Beispielsweise ist bei vielen bekannten Druckentlastungsvorrichtungen ein Dichtungselement erforderlich, damit der Stopfen den Strom vollständig blockiert, wenn sich der Stopfen in der Schließstellung befindet. Wenn sich jedoch der Stopfen in die Öffnungsstellung bewegt, befindet sich das Dichtungselement in dem Weg des Fluids und das Dichtungselement neigt deshalb dazu, die Fluidströmung durch den Durchgang in der Druckentlastungsvorrichtung zu blockieren.
US-A 3,036,593 (Saville) offenbart eine Druckentlastungsvorrichtung mit Stopfenpositioniermitteln, die eine Feder sind, der den Stopfen vorspannt. In US-A 5,941,269 (Ingle) wird ein Schmelzmaterial zum Füllen eines Leerraums ringförmiger Gestalt zwischen einem Stopfen und dem entsprechenden Gehäuses verwendet. Das Schmelzen des Materials ermöglicht es, dass sich der Stopfen bewegt und den überlasteten Fluidzustand entlastet.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Druckentlastungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die mindestens einen der Nachteile des Stands der Technik verhindert oder abschwächt.
Gemäß Anspruch 1 ist eine Druckentlastungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, umfassend ein Gehäuse mit einem Einlass, einem Auslass und einer Innenwand, die eine Bohrung bildet, die den Einlass und den Auslass verbindet. Der Einlass steht in Verbindung mit einem Fluid unter Druck in einem Druckgefäß. Die Bohrung umfasst einen Einlassabschnitt, der sich von dem Einlass in Richtung auf den Auslass erstreckt, und einen Auslassabschnitt, der sich von dem Auslass in Richtung auf den Einlass erstreckt. Die Bohrung umfasst auch einen verjüngten Abschnitt, der den Einlassabschnitt und den Auslassabschnitt verbindet. Der Einlassabschnitt weist einen Durchmesser auf, der geringer ist als der Durchmesser des Auslassabschnitts. Ein Stopfen befindet sich in der Bohrung und ist aus einer Schließstellung, in der die Strömung des Fluids durch die Bohrung blockiert wird, in eine Öffnungsstellung bewegbar, in der die Strömung des Fluid durch die Bohrung in Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass gestattet wird. Wenn sich der Stopfen aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung bewegt, bewegt sich der Stopfen stromabwärts, d.h. zu einem Teil der Bohrung mit einem Durchmesser, der größer als der Durchmesser des Einlassabschnitts ist.
Unter einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Druckentlastungsvorrichtung mit einem Gehäuse zur Verfügung gestellt, das einen Einlass, einen Auslass und eine Innenwand umfasst, die eine Bohrung bildet, die den Einlass und den Auslass verbindet. Die Bohrung schafft einen Durchgang für die Strömung von Fluid zwischen dem Einlass und dem Auslass. Der Einlass weist einen Einlassdurchmesser und der Auslass weist einen Auslassdurchmesser auf. Der Einlassdurchmesser ist kleiner als der Auslassdurchmesser und der Einlass steht in Verbindung mit einem Fluid unter Druck in einem Gefäß. Die Bohrung weist einen Auslassabschnitt mit einem Auslassabschnittsdurchmesser auf, der größer ist als der Einlassdurchmesser. Der Auslassabschnitt erstreckt sich eine Strecke von dem Auslass in Richtung auf den Einlass. Die Bohrung weist auch einen Einlassabschnitt mit einem Durchmesser auf, der im Wesentlichen gleich dem Einlassdurchmesser ist, der sich eine Strecke von dem Einlass in Richtung auf den Auslass erstreckt. Die Bohrung weist auch einen verjüngten Abschnitt auf, der sich zwischen dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt erstreckt, wobei die Innenwand in dem verjüngten Abschnitt eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Fläche bildet.
Die Druckentlastungsvorrichtung weist auch einen Stopfen auf, der in der Bohrung angeordnet ist und aus einer Schließstellung, in der eine Strömung des Fluids durch den Durchgang blockiert wird, in eine Öffnungsstellung, in der die Strömung des Fluids durch den Durchgang in Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass gestattet wird, bewegbar. Der Stopfen umfasst eine verjüngte Kontaktfläche, die im Allgemeinen eine konische Fläche bildet. Ein Kontaktabschnitt der konischen Fläche ist dazu bestimmt, mit der kegelstumpfförmigen Fläche zusammenzuarbeiten, um einen oder mehrere Leerräume dazwischen zu bilden, wenn sich der Stopfen in der Schließstellung befindet.
Die Druckentlastungsvorrichtung weist auch ein temperaturempfindliches Verbindungsmaterial auf, um den Kontaktabschnitt mit der kegelstumpfförmigen Fläche zu verbinden, wobei das Verbindungsmaterial in dem Leerraum aufnehmbar ist. Das Verbindungsmaterial ist dazu bestimmt, den Kontaktabschnitt bei Aussetzen des Verbindungsmaterials an eine vorbestimmte Temperatur freizugeben, so dass der Stopfen mit Bezug auf die kegelstumpfförmige Fläche bei Freigabe bewegbar ist. Der Stopfen wird durch das Verbindungsmaterial in der Schließstellung gehalten, bis das Verbindungsmaterial mindestens der vorbestimmten Temperatur ausgesetzt wird. Der Stopfen ist in die Öffnungsstellung durch das Fluid in Reaktion auf die Druckdifferenz bewegbar, wenn das Verbindungsmaterial den Kontaktabschnitt freigibt. Der Stopfen umfasst Kanäle, die von einer Einlassöffnung an der konischen Fläche zu einer Auslassöffnung führen, die in einem Auslassende des Stopfens angeordnet ist, der proximal des Auslasses angeordnet ist. Die Auslassöffnung ist in dem Stopfen angeordnet, um lagegenau mit dem Auslass zusammenzupassen. Das Endergebnis ist, dass, wenn sich der Stopfen in die Öffnungsstellung bewegt, der Einlass über die Kanäle mit dem Auslass in Verbindung steht.
Bei einen weiteren ihrer Aspekte umfasst die Druckentlastungsvorrichtung ein Auslassanschlussstück, das abdichtbar in der Bohrung am Auslass befestigt ist. Das Auslassanschlussstück umfasst einen Auslassdurchgang mit einem derartigen Auslassdurchgangsdurchmesser, dass der Stopfen in der Bohrung durch das Auslassanschlussstück bei Bewegung des Stopfens in die Öffnungsstellung gehalten wird.
Unter einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung einen Stopfen mit einem stromaufwärtigen Ende mit einem stromaufwärtigen Enddurchmesser, wobei das stromaufwärtige Ende proximal des Einlasses angeordnet ist, und einem stromabwärtigen Ende mit einem stromabwärtigen Enddurchmesser, wobei das stromabwärtige Ende proximal des Auslasses angeordnet ist. Das stromabwärtige Ende weist einen Durchmesser auf, der größer als der Durchmesser des stromaufwärtigen Endes ist. Die Bohrung ist dazu bestimmt, das stromabwärtige Ende und das stromaufwärtige Ende aufzunehmen und gestattet die Bewegung es Stopfens in Richtung auf den Auslass in die Öffnungsstellung, sodass die Bewegung des Stopfens aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung dazu führt, dass das stromaufwärtige Ende von der Innenwand beabstandet ist, um einen stromaufwärtigen Spalt zwischen der Innenwand und dem Stopfen zu bilden. Der Stopfen weist Kanäle auf, die die Strömung von Fluid dort hindurch in Reaktion auf die Druckdifferenz gestatten. Jeder der Kanäle weist eine Einlassöffnung, die mit dem stromaufwärtigen Spalt in Verbindung steht, wenn sich der Stopfen in der Öffnungsstellung befindet, und eine Auslassöffnung auf, die im stromabwärtigen Ende des Stopfens angeordnet ist, um lagegenau mit dem Auslass zusammenzupassen. Die Druckentlastungsvorrichtung umfasst auch eine Stopfenpositioniereinrichtung, die dazu bestimmt ist, den Stopfen in der Schließstellung zu halten, bis die Stopfenpositioniereinrichtung einem Auslösezustand ausgesetzt wird. Die Stopfenpositioniereinrichtung ist des Weiteren dazu bestimmt, die Bewegung des Stopfens in die Öffnungsstellung zu gestatten, wenn die Stopfenpositioniereinrichtung einem Auslösezustand ausgesetzt wird.
Unter einem weiteren alternativen Aspekt ist eine Druckentlastungsvorrichtung mit einem Gehäuse zur Verfügung gestellt, das einen Einlass, einen Auslass und eine Innenwand umfasst, die einen Hohlraum bildet. Der Hohlraum weist einen Durchgang für die Strömung von Fluid zwischen dem Einlass und dem Auslass auf. Der Hohlraum weist auch eine Kammer auf, die an den Durchgang angrenzt. Der Einlass steht mit einem Fluid unter Druck in einem Druckgefäß in Verbindung. Die Druckentlastungsvorrichtung weist auch einen Stopfen auf, der in dem Hohlraum angeordnet ist. Der Stopfen ist zwischen einer Schließstellung, in der eine Strömung des Fluids durch den Durchgang blockiert wird, und einer Öffnungsstellung bewegbar, in der die Strömung des Fluids durch den Durchgang in Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass gestattet wird. Der Stopfen weist eine Stopfenkontaktfläche auf, die dazu bestimmt ist, mit der Innenwand zusammenzuarbeiten, um einen oder mehrere Leerräume dazwischen zu bilden, wenn sich der Stopfen in der Schließstellung befindet. Die Druckentlastungsvorrichtung weist auch ein temperaturempfindliches Verbindungsmaterial auf, das in den Leerräumen aufnehmbar ist. Das Verbindungsmaterial ist dazu bestimmt, die Stopfenoberfläche bei Aussetzen an eine vorbestimmte Temperatur freizugeben, sodass der Stopfen aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung bewegbar ist. Das Verbindungsmaterial verbindet die Stopfenkontaktfläche mit der Innenwand, um den Stopfen in der Schließstellung zu halten, bis das Verbindungsmaterial mindestens der vorbestimmten Temperatur ausgesetzt wird.
Die Druckentlastungsvorrichtung umfasst auch eine Vorspanneinrichtung zum Drücken des Stopfens in die Öffnungsstellung. Die Vorspanneinrichtung kann dem Verbindungsmaterial widerstehen, bis das Verbindungsmaterial mindestens der vorbestimmten Temperatur ausgesetzt wird. Der Stopfen weist auch eine Stopfenbohrung auf, um die Verbindung zwischen dem Einlass und der Kammer aufrechtzuerhalten.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform stellt die Erfindung eine Druckentlastungsvorrichtung mit einem Gehäuse zur Verfügung, das einen Einlass, einen Auslass und eine Innenwand aufweist, die einen Hohlraum bildet. Der Hohlraum weist einen Durchgang für die Strömung des Fluids zwischen dem Einlass und dem Auslass und eine Kammer auf, die an den Durchgang angrenzt. Der Einlass steht mit einem Fluid unter Druck in einem Druckgefäß in Verbindung. Die Druckentlastungsvorrichtung weist auch einen Stopfen auf, der in dem Hohlraum angeordnet ist. Der Stopfen ist zwischen einer Schließstellung, in der eine Strömung des Fluids durch den Durchgang blockiert wird, und einer Öffnungsstellung bewegbar, in der die Strömung des Fluids durch den Durchgang in Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass gestattet wird. Der Stopfen weist eine Stopfenfläche mit einem Kontaktflächenabschnitt auf, der dazu bestimmt ist, mit der Innenwand zusammenzuarbeiten, um einen oder mehrere Leerräume dazwischen zu bilden, wenn sich der Stopfen in der Schließstellung befindet. Die Stopfenfläche umfasst auch eine Schulter, die dazu bestimmt ist, eine Druckkraft, die sich aus der Druckdifferenz ergibt, auf dem Stopfen zu richten, dass die Druckkraft den Stopfen in die Öffnungsstellung drückt. Die Druckentlastungsvorrichtung weist auch ein temperaturempfindliches Verbindungsmaterial, das in den Leerräumen aufnehmbar ist, auf. Das Verbindungsmaterial ist dazu bestimmt, den Kontaktflächenabschnitt bei Aussetzen an eine vorbestimmte Temperatur freizugeben, sodass der Stopfen aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung bewegbar ist. Das Verbindungsmaterial verbindet den Kontaktflächenabschnitt mit der Innenwand, um den Stopfen in der Schließstellung zu halten, bis das Verbindungsmaterial mindestens der vorbestimmten Temperatur ausgesetzt wird. Der Stopfen weist auch eine Stopfenbohrung auf, um die Verbindung zwischen dem Auslass und der Kammer aufrechtzuerhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen besser verstanden, in denen zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Druckentlastungsvorrichtung, die an einem Druckgefäß befestigt ist.
2 eine perspektivische Ansicht der Druckentlastungsvorrichtung von 2, in einem größeren Maßstab gezeichnet.
3 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht der Druckentlastungsvorrichtung von 2, die einen Stopfen zeigt, der sich in einer Schließstellung in einer Bohrung innerhalb des Gehäuses befindet, wobei ein Teil des Gehäuses weggeschnitten gezeigt wird.
4 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht der Druckentlastungsvorrichtung von 3, die den Stopfen zeigt, der sich in einer Öffnungsstellung in der Bohrung befindet.
5 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht der Druckentlastungsvorrichtung von 4, die schematische Darstellungen von zwei idealisierten Wegen einer Strömung eines Fluids durch Kanäle in dem Stopfen zeigt, wenn sich der Stopfen in der Öffnungsstellung befindet.
6 einen Längsschnitt durch die Druckentlastungsvorrichtung von 3, dir den Stopfen in der Schließstellung in einem größeren Maßstab gezeichnet zeigt.
7 einen Längsschnitt durch die Druckentlastungsvorrichtung von 4, die den Stopfen in der Öffnungsstellung zeigt.
8 einen teilweise vergrößerten Längsschnitt durch die Druckentlastungsvorrichtung von 6, die die Längsachse zeigt.
8A einen Schnitt durch die Druckentlastungsvorrichtung von 8 entlang der Linie A-A von 6.
8B einen Schnitt durch die Druckentlastungsvorrichtung von 8 entlang der Linie B-B von 6.
8C einen teilweise vergrößerten Schnitt durch die Druckentlastungsvorrichtung von 8 entlang der Linie C-C von 6.
9 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Druckentlastungsvorrichtung, die einen Stopfen in der Öffnungsstellung in einem kleineren Maßstab gezeichnet zeigt.
10 einen Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsform der Druckentlastungvorrichtung, die an einem Druckgefäß befestigt ist, in einem kleineren Maßstab gezeichnet.
11 einen Längsschnitt durch die Druckentlastungsvorrichtung von 10, die den Stopfen in der Öffnungsstellung in einem vergrößerten Maßstab gezeichnet zeigt.
12 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Druckentlastungsvorrichtung, die nicht Teil der Erfindung bildet und die einen Stopfen in einer Schließstellung in kleinerem Maßstab gezeichnet zeigt.
13 einen Längsschnitt durch die Druckentlastungsvorrichtung von 12, die den Stopfen in einer Öffnungsstellung zeigt.
14 einen Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsform der Druckentlastungsvorrichtung, die einen ersten Stopfen in einer Schließstellung zeigt.
15 einen Längsschnitt durch die Druckentlastungsvorrichtung von 14, die den Stopfen in der Öffnungsstellung aufgrund der Freigabe des zweiten Stopfens zeigt, um es dem ersten Stopfen zu gestatten, sich in eine stromabwärtige Stellung zu bewegen.
16 einen Längsschnitt durch die Druckentlastungsvorrichtung von 14, die den Stopfen in einer ersten Öffnungsstellung aufgrund des Zusammendrückens einer Feder zeigt.
17 einen Längsschnitt durch eine weitere alternative Ausführungsform der Druckentlastungsvorrichtung, die einen Stopfen in einer Schließstellung, einschließlich eines Rohrs zeigt, das sich durch einen zweiten Stopfen in einer stromaufwärtigen Stellung erstreckt, wobei sich der erste Stopfen in einer Schließstellung und sich der zweite Stopfen in einer stromaufwärtigen Stellung befindet.
18 einen Längsschnitt durch die Druckentlastungsvorrichtung von
17, die den ersten Stopfen in einer Öffnungsstellung und den zweiten Stopfen in einer stromabwärtigen Stellung zeigt.
19 einen Längsschnitt durch die Druckentlastungsvorrichtung von 17, die den ersten Stopfen in einer Öffnungsstellung aufgrund des Zusammendrückens einer Feder zeigt.
Teile der Strukturen sind, wo erforderlich, weggeschnitten gezeichnet, um die Darstellung klarer zu machen. Gleiche Teile weisen in allen Ausführungsformen das gleiche Bezugszeichen auf.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en)
Zunächst wird auf 1 bis 7 Bezug genommen, um eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckentlastungsvorrichtung zu beschreiben, die im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet wird. Die Druckentlastungsvorrichtung 100 weist ein Gehäuse 102 mit einem Einlass 104, einem Auslass 106 und einer Innenwand 108 auf, die eine Bohrung 110 bildet, die den Einlass 104 und den Auslass 106 verbindet. Wie beschrieben wird, stellt die Bohrung 110 einen Durchgang 112 für die Strömung von Fluid zwischen dem Einlass 104 und dem Auslass 106 zur Verfügung.
Wie aus 6 und 7 ersichtlich ist, weist der Einlass 104 einen Einlassdurchmesser 114 auf und der Auslass 106 weist einen Auslassdurchmesser 116 auf. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Einlassdurchmesser 114 kleiner als der Auslassdurchmesser 116. Der Einlass 104 steht mit einem Fluid 118 unter Druck in einem Gefäß 120 in Verbindung (1). Vorzugsweise weist die Bohrung 110 einen Auslassabschnitt 122 mit einem Auslassabschnittsdurchmesser 124 auf, der größer als der Einlassdurchmesser 114 ist. Der Auslassabschnitt 122 erstreckt sich eine Strecke von dem Auslass 106 in Richtung auf den Einlass 104. Die Bohrung 110 weist auch einen Einlassabschnitt 126 mit einem Einlassabschnittsdurchmesser 128 auf, der im Wesentlichen gleich dem Einlassdurchmesser 114 ist, und der Einlassabschnitt 126 erstreckt sich eine Strecke von dem Einlass 104 in Richtung auf den Auslass 106 ( 6). Wie aus 6 und 7 ersichtlich ist, weist die Bohrung 110 auch einen verjüngten Abschnitt 130 auf, der sich zwischen dem Einlassabschnitt 126 und dem Auslassabschnitt 122 erstreckt. Die Innenwand 108 in dem verjüngten Abschnitt 130 bildet eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Fläche 132 (4). Die Druckentlastungsvorrichtung 100 weist auch einen Stopfen 134 auf, der in der Bohrung 110 angeordnet ist und aus einer Schließstellung (6), in der eine Strömung des Fluids 118 durch den Durchgang 112 blockiert wird, in eine Öffnungsstellung (7) bewegbar ist, in der die Strömung des Fluids 118 durch den Durchgang 112 in Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen dem Einlass 104 und dem Auslass 106 gestattet wird (5). Bei der bevorzugten Ausführungsform weist der Stopfen 134 eine verjüngte Kontaktfläche 136 auf, die im Allgemeinen eine konische Fläche bildet (3 bis 4). Ein Kontaktabschnitt 138 der Kontaktfläche 136 ist dazu bestimmt, mit der kegelstumpfförmigen Fläche 132 zusammenzuarbeiten, um einen oder mehrere Leerräume 140 (8, 8C) dazwischen zu bilden, wenn sich der Stopfen 134 in der Schließstellung befindet.
Des Weiteren weist die Druckentlastungsvorrichtung 100 ein temperaturempfindliches Verbindungsmaterial 142 auf, um den Kontaktabschnitt 138 mit der kegelstumpfförmigen Fläche 132 zu verbinden (3). Das Verbindungsmaterial 142 ist in dem Leerraum 140 aufnehmbar (6). Wie im Stand der Technik bekannt ist, ist das Verbindungsmaterial 142 dazu bestimmt, den Kontaktabschnitt 138 bei Aussetzen des Verbindungsmaterials 142 an eine vorbestimmte Temperatur freizugeben. Dementsprechend ist der Stopfen 134 mit Bezug auf die kegelstumpfförmige Fläche 132 bei Freigabe bewegbar. Des Weiteren wird der Stopfen 134 durch das Verbindungsmaterial 142 vorzugsweise in der Schließstellung gehalten, bis das Verbindungsmaterial 142 mindestens der vorbestimmten Temperatur ausgesetzt wird. Der Stopfen 134 ist durch das Fluid 118 in Reaktion auf die Druckdifferenz in die Öffnungsstellung bewegbar, wenn das Verbindungsmaterial 142 den Kontaktabschnitt 138 freigibt.
Vorzugsweise ist das Verbindungsmaterial ein Lötmittel oder eine eutektische Legierung. Es ist auch bevorzugt, dass die vorbestimmte Temperatur zwischen etwa 100°C und etwa 150°C liegt. Der Druck, unter dem das Fluid 118 normalerweise in dem Druckgefäß 120 steht, variiert. Beispielsweise beträgt der Druck in Fällen, in denen das Fluid 118 komprimiertes Erdgas ("CNG") ist, der Druck normalerweise etwa 24,8 MPa (3.600 psi). Wenn das Fluid 118 Wasserstoff ist, kann der übliche Druck von etwa 24,8 MPa bis etwa 68.9 MPa (etwa 3.600 psi bis etwa 10.000 psi) variieren. Der Druck am Auslass 106 beträgt etwa Atmosphärendruck, wenn sich der Stopfen in der Schließstellung befindet. Im Hinblick hierauf ist bei der bevorzugten Ausführungsform die Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass beträchtlich, wenn sich der Stopfen 134 in der Schließstellung befindet. Eine Druckkraft aufgrund der Druckdifferenz wird auf den Stopfen 134 ausgeübt und die Richtung der Druckkraft ist durch den Pfeil "P" (1) gezeigt.
Wie aus 3 bis 7 ersichtlich ist, weist der Stopfen 134 Kanäle 146 auf, die darin angeordnet sind, und jeder Kanal 146 führt von einer Einlassöffnung 148 an der konischen Fläche 138 zu einer Auslassöffnung 150, die in einem Auslassende 152 proximal des Auslasses 106 angeordnet ist. Die Auslassöffnung 150 ist in dem Stopfen 134 derart angeordnet, dass sie lagegenau mit dem Auslass 106 zusammenpasst. Folglich steht, wenn sich der Stopfen 134 in die Öffnungsstellung bewegt, der Einlass 104 mit dem Auslass 106 über die Kanäle 146 in Verbindung.
Bei der bevorzugten Ausführungsform weist die Druckentlastungsvorrichtung 100 des Weiteren ein Auslassanschlussstück 154 auf, das abdichtbar in der Bohrung 110 am Auslass 106 befestigt ist (3 bis 7). Das Auslassanschlussstück 154 weist einen Ausgangsdurchgang 156 mit einem Ausgangsdurchgangsdurchmesser 158 auf, wie aus 6 und 7 ersichtlich ist. Der Stopfen 134 ist in der Bohrung 110 durch das Auslassanschlussstück 154 bei Bewegung des Stopfens 134 in die Öffnungsstellung haltbar, wie aus 4, 5 und 7 ersichtlich ist. Vorzugsweise ist der Ausgangsdurchgangsdurchmesser 158 kleiner als der Auslassdurchmesser 116 und größer als der Einlassdurchmesser 114. Das Auslassanschlussstück 154 verhindert so, dass der Stopfen 134 schnell aus der Bohrung 110 austritt, wenn das Verbindungsmaterial 142 die Kontaktfläche 138 freigibt. Das Auslassanschlussstück 154 bildet ein Anschlussstück, an dem ein Auslassschlauch (nicht gezeigt) befestigt werden kann.
Das Auslassanschlussstück 154 kann in dem Auslass 106 durch irgendwelche geeigneten Mittel befestigt werden. Beispielsweise kann die Innenwand 108 in der Nähe des Auslasses 106 mit einem Gewinde versehen sein, um mit Gewinden (nicht gezeigt) an dem Auslassanschlussstück 154 zusammenzupassen. Um das Auslassanschlussstück 154 in dem Durchgang 112 abdichtbar zu befestigen, ist ein Dichtungselement 155 zwischen dem Auslassanschlussstück 154 und der Innenwand 108 angeordnet.
Bei der bevorzugten Ausführungsform umfasst das Auslassende 152 einen Führungsabschnitt 160, der dazu bestimmt ist, den Stopfen 134 aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung zu führen. Der Führungsabschnitt 160 soll bewirken, dass mit der Auslassöffnung 150 lagegenau mit dem Ausgangsdurchgang 156 zusammenpasst, wenn sich der Stopfen 134 in der Öffnungsstellung befindet.
Wie aus 3 und 6 ersichtlich ist, weist der Führungsabschnitt 160 bei der bevorzugten Ausführungsform eine Führungsabschnittsfläche 161 auf, die mit der Innenwand 108 zusammenarbeitet, um einen oder mehrere Leerräume 140 zu bilden, in denen das Verbindungsmaterial 142 aufnehmbar ist.
Es ist auch bevorzugt, dass die Bohrung 110 eine Längsachse 162 (8) bildet und der Einlass 104 und der Auslass 106 zu der Längsachse 162 koaxial verlaufen. Vorzugsweise sind die Kanäle 146 für eine minimale Ablenkung der Strömung des Fluids 118 durch den Durchgang 112 aus einer Richtung parallel zur Längsachse 162 angeordnet, wenn sich der Stopfen 134 in der Öffnungsstellung befindet.
Wie aus 8 ersichtlich ist, ist der Stopfen 134 vorzugsweise derart gestaltet, dass er koaxial zu der Längsachse 162 ist. Wie in 8A bis 8C gezeigt ist, weist der Stopfen 134 bei der bevorzugten Ausführungsform vier Kanäle 146 mit jeweiligen Einlassöffnungen 148 auf, die unter gleichen Winkelabständen um die Längsachse 162 herum angeordnet sind.
Vorzugsweise weist der Stopfen 134 einen Kegelbereich 174 mit einer Spitze 175 und einer stromaufwärtigen Kegelfläche 176 auf (3 und 4). Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die verjüngte Kontaktfläche 136 unter einem ersten Winkel 178 mit Bezug auf die Längsachse 162 angeordnet und die stromaufwärtige Kegelfläche 176 ist unter einem zweiten Winkel 180 mit Bezug auf die Längsachse 162 angeordnet (8). Wie aus 8 ersichtlich ist, ist es bevorzugt, dass der zweite Winkel 180 größer ist als der erste Winkel 178, damit die Spitze 175 soweit wie möglich stromabwärts angeordnet ist. Dies führt wahrscheinlich zu einer relativ geringeren Unterbrechung der Strömung des Fluids 118 durch den Durchgang 112, wenn sich der Stopfen 134 in der Öffnungsstellung befindet. Das Ausmaß, in dem der Kegelabschnitt 174 zu einer Anordnung der Spitze 175 stromabwärts führt, wenn sich der Stopfen 134 in der Öffnungsstellung befindet, ist in 7 gezeigt. Obgleich sich die Spitze 175 relativ weit stromaufwärts in dem Einlassabschnitt 126 befindet, wenn sich der Stopfen 134 in der Schließstellung befindet (6), befindet sich im Vergleich hierzu ist die Spitze 175 nahe dem verjüngten Abschnitt 130, wenn sich der Stopfen 134 in der Öffnungsstellung befindet (7).
Bei Benutzung ist die Druckentlastungsvorrichtung abdichtbar an dem Druckgefäß 120 an einem Anschlussstück 182 befestigt, das für diesen Zweck geeignet ist, wie dies im Stand der Technik bekannt ist (1). Der Auslassschlauch ist auch an dem Auslassanschlussstück 154 an einer Verlängerung 184 befestigt, die für diesen Zweck geeignet ist, wie dies im Stand der Technik bekannt ist. Die Druckentlastungsvorrichtung 100 weist vorzugsweise ein geeignetes Befestigungsmittel 186 und ein Anschlussstück 188 auf, wie dies im Stand der Technik bekannt ist (2), um die Druckentlastungsvorrichtung 100 an dem Druckgefäß 120 zu befestigen.
Der Stopfen 134 wird durch das Verbindungsmaterial 142 in der Schließstellung gehalten, wie dies in 3 und 6 gezeigt ist. Das Verbindungsmaterial 142 dient auch als Dichtung, d.h. zwischen der kegelstumpfförmigen Fläche 132 und dem Kontaktabschnitt 138. Wenn das Verbindungsmaterial 142 den Kontaktbereich freigibt, bewegt sich der Stopfen 134 schnell in die Öffnungsstellung aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Einlass 104 und dem Auslass 106. Diese schnelle Bewegung wird durch die Erweiterung der Bohrung 110 in dem verjüngten Abschnitt 130, d.h. zwischen dem Einlassabschnitt 126 und dem Auslassabschnitt 122, sehr erleichtert. Aufgrund der Erweiterung der Bohrung 110 in dem verjüngten Abschnitt 130 wird die relativ schnelle Bewegung des Stopfens 134 in die Öffnungsstellung erleichtert. Aufgrund der Gestalt des verjüngten Abschnitts 130 wird auch das Risiko, dass der Stopfen 134 in einer teilweise geöffneten Stellung (d.h. zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung) stecken bleibt, relativ gering.
Der Auslass 152 dient für die Führung des Stopfens 134 entlang des Auslassabschnitts 122, bis der Stopfen 134 die Öffnungsstellung erreicht.
Schematische Strömungswege des Fluids 118 durch den Durchgang 112 (wobei der Durchgang 112 den Einlassabschnitt 126, die Kanäle 146 und den Ausgangsdurchgang 156 aufweist, wenn sich der Stopfen 134 in der Öffnungsstellung befindet) sind in 5 und 7 gezeigt. Wie in 7 gezeigt ist, sind die Kanäle 146 für eine minimale Ablenkung der Strömung des Fluids 118 durch den Durchgang 112 angeordnet.
Wie vorstehend beschrieben, ist der Kegelabschnitt 174 derart gestaltet, dass er die Unterbrechung der Strömung des Fluids 118 auf ein Minimum herabsetzt. Die Einlassöffnungen 148 sind so nahe an der Spitze 175 angeordnet, wie es möglich ist ohne die durch das Verbindungsmaterial 142 erzeugte Dichtung zu schwächen oder zu untergraben. Die Kanäle 146 und die Auslassöffnung 150 sind vorzugsweise auch relativ zueinander angeordnet, um einen Weg für die Strömung des Fluids 118 zu bilden, der von der Längsachse 162 in dem praktikablen geringsten Ausmaß abweicht. Scharfe Kanten und scharfe Ecken werden auch in dem möglichen Ausmaß vermieden.
Vorzugsweise nimmt der Querschnittsbereich des Durchgangs 112, wenn sich der Stopfen 134 in der Öffnungsstellung befindet, im Allgemeinen allmählich in der stromabwärtigen Richtung zwischen dem Einlass 104 und dem Ausgangsdurchgang 156 zu. Dies ist bevorzugt, da der sich erhöhende Strömungsbereich dazu neigt, Hindernisse für die Strömung des Fluids 118 durch den Durchgang 112 zu verringern.
Zusätzliche Ausführungsformen der Erfindung sind in 9 bis 11 und 14 bis 19 gezeigt. Dort sind die Elemente so nummeriert, dass sie gleichen, in den 1 bis 8C gezeigten Elementen entsprechen.
In 9 ist eine alternative Ausführungsform 200 der Druckentlastungsvorrichtung gezeigt. Die Druckentlastungsvorrichtung 200 weist einen Stopfen 234 (in einer Öffnungsstellung in 9 gezeigt) auf, in der sich eine verjüngte Kontaktfläche 236 zu einer Spitze 275 erstreckt. Deshalb weist der Stopfen 234 keinen Kegelabschnitt auf, der dem Kegelabschnitt 174 der Druckentlastungsvorrichtung 100 entspricht. Wie aus 9 ersichtlich ist, ist das Ergebnis, dass sich die Spitze 275 relativ weit in den Einlassabschnitt 126 hinein erstreckt. Obgleich die alternative Druckentlastungsvorrichtung 200 etwas preiswerter in der Herstellung sein kann als die bevorzugte Ausführungsform der Druckentlastungsvorrichtung 100, verursacht die Druckentlastungsvorrichtung 100 eine geringere Unterbrechung der Strömung des Fluids 118 aufgrund des etwas flacheren Profils des Kegelabschnitts 174.
Eine weitere alternative Ausführungsform 300 der Druckentlastungsvorrichtung ist in 10 und 11 gezeigt. In 10 ist die Druckentlastungsvorrichtung 300 als an dem Druckgefäß 120 befestigt gezeigt. Die Druckentlastungsvorrichtung 300 ist in 11 gezeigt, wobei sie einen Stopfen 334 in einer Schließstellung in der Bohrung 110 aufweist. Wie in 11 ersichtlich ist, weist die Druckentlastungsvorrichtung 300 keinen Abschnitt auf, der dem Führungsabschnitt 160 der Druckentlastungsvorrichtung 100 entspricht. Statt dessen weist der Stopfen 334 ein Auslassende 352 auf. Wenn der Stopfen 334 aus der Schließstellung in eine Öffnungsstellung (nicht gezeigt) bewegt wird, besteht die Möglichkeit, dass der Stopfen 334 verlagert werden kann, wenn sich das Auslassende 352 entlang des Auslassabschnitts 122 bewegt, sodass der Stopfen 334 in dem Auslassabschnitt 122 zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung stecken bleiben kann. So versagt die Druckentlastungsvorrichtung 300 wahrscheinlicher als die Druckentlastungsvorrichtung 100. Es ist jedoch für Fachleute ersichtlich, dass die Druckentlastungsvorrichtung 300 etwas preiswerter in der Herstellung ist als die Druckentlastungsvorrichtung 100.
Eine Ausführungsform 400 der Druckentlastungsvorrichtung, die nicht Teil der Erfindung bildet, ist in 12 bis 13 gezeigt. Wie aus 12 ersichtlich ist, weist die Druckentlastungsvorrichtung 400 einen Stopfen 434 auf, der in die Schließstellung durch eine Vorspanneinrichtung 490 wie eine Feder vorgespannt ist. Da der Stopfen 434 nicht durch das Verbindungsmaterial in der Schließstellung gehalten wird, ist in dem Stopfen 434 und in dem Leerraum 140 ein Dichtungselement 491 angeordnet, um den Leerraum 140 abzudichten, wenn sich der Stopfen 434 in der Schließstellung befindet (12). Die Vorspanneinrichtung 490 ist dazu bestimmt, die Bewegung des Stopfens 434 in die Öffnungsstellung zu gestatten (13), wenn eine Druckkraft, die sich aus der Druckdifferenz ergibt, die an dem Stopfen 434 ausgeübt wird, mindestens einen vorbestimmten Druck erreicht. Wenn dies geschieht, kann der Stopfen 434 aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung in Reaktion auf die Druckkraft bewegt werden.
Es ist für Fachleute ersichtlich, dass verschiedene Arten von Vorspanneinrichtungen verwendet werden können. Beispielsweise könnte die Vorspanneinrichtung 490 eine Belleville-Tellerfeder, eine Schraubenfeder, eine Wellenfeder oder eine elastomere Feder sein.
Eine weitere alternative Ausführungsform 500 der Druckentlastungsvorrichtung ist in 14 bis 16 gezeigt. Wie aus 14 ersichtlich ist, weist die Druckentlastungsvorrichtung 500 einen ersten Stopfen 534 und einen zweiten Stopfen 592 auf, der zwischen dem Auslass 106 und dem ersten Stopfen 534 angeordnet ist. Der zweite Stopfen 592 ist an dem ersten Stopfen 534 mittels eines Befestigungsabschnitts 593 befestigt, der vorzugsweise eine Vorspanneinrichtung 590, wie noch beschrieben wird, ist. Vorzugsweise arbeiten der zweite Stopfen 592 und die Innenwand 108 zusammen, um einen oder mehrere Leerräume 140 zu bilden, in denen Verbindungsmaterial 142 aufnehmbar ist. Die Druckentlastungsvorrichtung 500 weist ein Dichtungselement 591 auf, das an dem ersten Stopfen 534 angeordnet ist, um für eine Dichtung zu sorgen, wenn sich der Stopfen 534 in der Schließstellung befindet. Der zweite Stopfen 592 weist einen Kanal 594 auf, der so angeordnet ist, dass er lagegenau mit dem Ausgangsdurchgang 156 zusammenpasst.
Der zweite Stopfen 592 ist von einer stromaufwärtigen Stellung (14), in der der zweite Stopfen 592 relativ zur Innenwand 108 ortsfest gehalten wird, zu einer stromabwärtigen Stellung (15) stromabwärts der stromaufwärtigen Stellung bei Freigabe des Verbindungsmaterials 142, in Reaktion auf die Druckdifferenz bewegbar. Diese Bewegung führt zur Bewegung des ersten Stopfens 534 in die Öffnungsstellung. Das Fluid 118 kann dann durch die Kanäle 146 und durch den Kanal 594 zum Ausgangsdurchgang 156 strömen.
Wie in 16 gezeigt ist, kann sich der erste Stopfen 534 auch in die Öffnungsstellung (16) selbst dann bewegen, wenn der zweite Stopfen 592 in der stromaufwärtigen Stellung ortsfest bleibt. Die Vorspanneinrichtung 590 spannt den ersten Stopfen 534 in die Schließstellung vor (14). Die Vorspanneinrichtung 690 ist jedoch dazu bestimmt, die Bewegung des ersten Stopfens 534 in die Öffnungsstellung bei einer Druckkraft zu gestatten, die sich aus der Druckdifferenz ergibt, die an dem ersten Stopfen 534 ausgeübt wird, mindestens einen vorbestimmten Druck erreicht.
Es ist auch für Fachleute ersichtlich, dass die Druckentlastungsvorrichtung 500 den Vorteil hat, dass sie sowohl auf eine anomale Erhöhung der Temperatur (d.h. auf mehr als die vorbestimmte Temperatur) oder einen anomal hohen Druck (d.h. auf mehr als dem vorbestimmten Druck) reagiert.
Eine weitere alternative Ausführungsform 600 der Druckentlastungsvorrichtung ist in 17 bis 19 gezeigt. Wie aus 17 ersichtlich ist, weist die Druckentlastungsvorrichtung 600 einen ersten Stopfen 634 mit einem Körper 635 mit einer verjüngten Kontaktfläche 636 auf. Der erste Stopfen 634 weist auch ein rohrförmiges Element 695 auf, das sich von dem Körper 635 aus erstreckt, wie beschrieben wird. Das rohrförmige Element 695 weist ein Rohr 696 auf und das rohrförmige Element 695 besitzt einen Außendurchmesser 697.
Die Druckentlastungsvorrichtung 600 weist auch einen zweiten Stopfen 692 auf. Der zweite Stopfen 692 ist von einer stromaufwärtigen Stellung (17) zu einer stromabwärtigen Stellung (18) bewegbar, wenn das Verbindungsmaterial 142 den zweiten Stopfen 692 freigibt. Das Verbindungsmaterial 142 hält den zweiten Stopfen 692 in der stromaufwärtigen Stellung ortsfest mit Bezug auf die Innenwand 108, bis das Verbindungsmaterial 142 der vorbestimmten Temperatur ausgesetzt wird. Die Freigabe des zweiten Stopfens 692 durch das Verbindungsmaterial 142 tritt nach Aussetzen des Verbindungsmaterials an die vorbestimmte Temperatur auf.
Wie aus 18 ersichtlich ist, bewegt sich der erste Stopfen 634 bei Bewegung des zweiten Stopfens 692 in die stromabwärtige Stellung in die Öffnungsstellung, da der erste Stopfen 634 und der zweite Stopfen 692 durch den Befestigungsbereich 693 befestigt sind.
Das rohrförmige Element 695 ist gleitbar in einem Kanal 694 in dem zweiten Stopfen 692 aufgenommen und erstreckt sich zum Auslassanschlussstück 154, wenn sich der erste Stopfen 634 in der Schließstellung befindet (17). Das Rohr 696 erstreckt sich entlang der Länge des rohrförmigen Elements 695 und der Außendurchmesser 697 beträgt weniger als der Ausgangsdurchgangsdurchmesser 158. Wie aus 18 ersichtlich ist, wird dann, wenn sich der erste Stopfen 634 in der Öffnungsstellung befindet, das rohrförmige Element 695 stromabwärts und in den Ausgangsdurchgang 156 bewegt. Dementsprechend kann, wenn sich der erste Stopfen 634 in der Öffnungsstellung befindet, das Fluid 118 durch die Kanäle 146 in dem Körper 635 und anschließend durch das Rohr 696 strömen, um über den Ausgangsdurchgang 156 auszutreten. Es ist für Fachleute ersichtlich, dass der Vorteil des rohrförmigen Elements 695 und des Rohrs 696 darin besteht, dass diese Anordnung dazu neigt, zu minimalen scharten Kanten und Ecken zu führen, die die Strömung des Fluids 118 unterbrechen.
Vorzugsweise ist der Befestigungsabschnitt 693 eine Vorspanneinrichtung 690. Deshalb kann sich der erste Stopfen 634 in die Öffnungsstellung bewegen, selbst wenn der zweite Stopfen 692 ortsfest bleibt. Die Vorspanneinrichtung 690, vorzugsweise eine Feder, spannt den ersten Stopfen 634 in die Schließstellung vor. Die Vorspanneinrichtung 690 ist jedoch dazu bestimmt, die Bewegung des ersten Stopfens 634 in die Öffnungsstellung zu gestatten, wenn eine Druckkraft, die sich aus der Druckdifferenz ergibt, die an dem ersten Stopfen 634 ausgeübt wird, einen vorbestimmten Druck erreicht.
Es ist für Fachleute ersichtlich, dass die Druckentlastungsvorrichtung 600 das Fluid im Fall eines Feuers freigeben kann oder alternativ kann die Druckentlastungsvorrichtung 600 übermäßigen Druck, der sich aus irgendeinem Grund ergibt, entlasten.

Claims

Druckentlastungsvorrichtung (100, 200, 300, 500, 600), umfassend: (i) ein Gehäuse (102) mit einem Einlass (104), einem Auslass (106) und einer Innenwand (108), die eine Bohrung bildet, um Einlass und Auslass zu verbinden, wobei der Durchgang (110) eine Strömung (112) eines Fluids zwischen dem Einlass und dem Auslass (104, 106) sorgt; (ii) wobei der Einlass einen Einlassdurchmesser (114) und der Auslass einen Auslassdurchmesser (116, 158) aufweisen, wobei der Einlassdurchmesser kleiner als der Auslassdurchmesser ist, und der Einlass für eine Verbindung zu einem unter Druck stehenden Fluid in einem Gefäß sorgt; (iii) wobei die Bohrung (110) einen Auslassabschnitt (122) mit einem Auslassabschnittsdurchmesser (124), der größer als der Einlassdurchmesser (114) ist, aufweist, wobei sich der Auslassabschnitt eine erste Strecke von dem Auslass (106) in Richtung auf den Einlass erstreckt, wobei sich der Einlassabschnitt (126) mit im Wesentlichen dem Einlassdurchmesser (114, 128) eine zweite Strecke von dem Einlass (104) zum Auslass erstreckt und wobei ein sich verjüngender Abschnitt (130) sich zwischen dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt (126, 122) erstreckt, wobei eine innere Fläche in dem sich verjüngenden Abschnitt eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Fläche (132) als Innenwand (108) bildet; (iv) einen Stopfen (134, 234, 334, ...), der in der Bohrung oder dem Durchgang angeordnet ist und aus einer Schließstellung zum Blockieren einer Strömung des Fluids durch den Durchgang in eine Öffnungsstellung zum Gestatten der Strömung des Fluids durch den Durchgang (112) in Reaktion auf oder abhängig von einer) Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass (104, 106) bewegbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass (v) der Stopfen eine verjüngte oder sich verjüngende Kontaktfläche (136, 138, 236) aufweist, die eine im Wesentlichen konische Fläche bildet, wobei ein Kontaktbereich (138) der konischen Fläche angepasst ist, mit der kegelstumpfförmigen Fläche (132) zusammenzuwirken, um mindestens einen Hohlraum (140) dazwischen in der Schließstellung des Stopfens zu bilden; (vi) ein temperaturempfindliches Verbindungsmaterial (142) zum Verbinden oder Bonden des Kontaktbereichs (138) mit der kegelstumpfförmigen Fläche, wobei das Verbindungsmaterial in dem mindestens einen Hohlraum (140) aufnehmbar oder aufgenommen ist; (vii) das Verbindungsmaterial angepasst ist, den Kontaktabschnitt (138) – bei Aussetzen des Verbindungsmaterials (142) an eine vorbestimmte Temperatur – freizugeben, welche Temperatur so bemessen ist, dass der Stopfen (134, 234, ...) bei Freigabe relativ zu der kegelstumpfförmigen Fläche (132) bewegbar ist oder wird; wobei der Stopfen (134, 234, ...) (a) durch das Verbindungsmaterial (142) in der Schließstellung gehalten wird, bis das Verbindungsmaterial mindestens der vorbestimmten Temperatur ausgesetzt wird; (b) durch das Fluid in Reaktion auf die oder abhängig von der Druckdifferenz in die Öffnungsstellung bewegbar ist, wenn das Verbindungsmaterial (142) den Kontaktbereich (138) freigibt; (viii) wobei der Stopfen (134, 234, ...) mindestens einen Kanal (146) aufweist, der von einer entsprechenden Eingangsöffnung (148) an der konischen Fläche zu mindestens einer Ausgangsöffnung (150) führt, die an dem Auslassende (152) des Stopfens proximal des Auslasses (106) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Ausgangsöffnung mit dem Auslass lagegenau zusammenpassen kann; wobei der Einlass (104), wenn sich der Stopfen in die Öffnungsstellung bewegt, über den mindestens einen Kanal (146) mit dem Auslass (106) in Verbindung steht.
Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 1, des weiteren umfassend ein Auslassanschlussstück (154), das abdichtend in der Bohrung (110) am Auslass befestigt ist, wobei das Auslassanschlussstück einen Ausgangsdurchgang (156) mit einem Ausgangsdurchgangsdurchmesser (158) umfasst, um den Stopfen durch das Auslassanschlussstück bei Bewegung des Stopfens in die Öffnungsstellung in der Bohrung zu halten.
Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Ausgangsdurchgangsdurchmesser (158) kleiner aus der Auslassdurchmesser (116) und größer als der Einlassdurchmesser (128) ist.
Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Auslassende (152) des Stopfens einen Führungsbereich (160) aufweist, der für das Führen des Stopfens aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung vorzugsweise derart geeignet ist, dass die mindestens eine Ausgangsöffnung (150) lagegenau mit dem Ausgangsdurchgang (156) zusammenpasst, wenn sich der Stopfen in der Öffnungsstellung befindet.
Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stopfen einen Nasenkegelabschnitt (174, 175, 176) umfasst, der stromaufwärts der konischen Fläche (136) angeordnet ist und für die minimale Unterbrechung der Strömung des Fluids durch den Durchgang dient, wenn sich der Stopfen in der Öffnungsstellung befindet.
Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, wobei der mindestens eine Kanal (146) für eine minimale Unterbrechung der Strömung des Fluids durch den Durchgang angeordnet ist, wenn sich der Stopfen in der Öffnungsstellung befindet.
Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bohrung (110) eine Längsachse bildet, wobei der Einlass und der Auslass (104, 106) koaxial mit der Längsachse sind und der mindestens eine Kanal (146) für eine minimale Abweichung der Strömung des Fluids durch den Durchgang (112) aus einer Richtung parallel zur Längsachse angeordnet ist, wenn sich der Stopfen in der Öffnungsstellung befindet.
Druckentlastungsventil nach Anspruch 1 oder 7, wobei der mindestens eine Kanal (146) so gestaltet ist, dass er einen Kanalströmungsweg bildet, der in dem Durchgang enthalten ist und für minimale Änderungen der Richtung der Strömung des Fluids durch den Durchgang (112) dient, wenn sich der Stopfen in der Öffnungsstellung befindet.
Druckentlastungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer Stopfenlängsachse, wobei der Stopfen vier Kanäle (146) mit jeweiligen Einlassöffnungen aufweist, die, bezogen auf den Winkel, in gleichem Abstand voneinander um die Stopfenlängsachse angeordnet sind.
Druckentlastungsventil nach Anspruch 9, wobei der Stopfen einen Kegelabschnitt (174) mit einer stromaufwärtigen Kegelfläche (176) aufweist, wobei die verjüngte Kontaktfläche (136, 138) des Stopfens einen ersten Winkel (178) mit Bezug auf die Längsachse aufweist und die stromaufwärtige Kegelfläche unter einem zweiten Winkel (180) bezogen auf die Längsachse angeordnet ist, wobei der zweite Winkel größer als der erste Winkel ist.
Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verbindungsmaterial (142) eine eutektische Legierung ist.
Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Temperatur zwischen etwa 100°C und etwa 150°C liegt.
Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn sich der Stopfen in der Öffnungsstellung befindet, der Durchgang (112) einen Durchgangsquerschnittsfläche hat, die entlang des Durchgangs von dem Einlass zum Auslass (104, 106) variiert, wobei die Durchgangsquerschnittsfläche stromabwärts des Einlassbereichs (126) größer als am Einlass (104) ist.
Betriebsverfahren für eine Druckentlastungsvorrichtung, wobei die Vorrichtung umfasst: – ein Gehäuse mit einem Einlass (104), einem Auslass (106) und einer Innenwand (108), die eine Bohrung (110) bildet, die den Einlass und den Auslass verbindet, wobei die Bohrung (110) für einen Durchgang (112) für die Strömung eines Fluids zwischen dem Einlass und dem Auslass sorgt; – wobei der Einlass einen Einlassdurchmesser (114) und der Auslass einen Auslassdurchmesser (116) aufweisen, wobei der Einlassdurchmesser kleiner als der Auslassdurchmesser ist, wobei der Einlass mit einem unter Druck stehenden Fluid in einem Gefäß (120) in Verbindung steht; wobei – ein Stopfen (134, 534 ...), der in der Bohrung (110) angeordnet ist, aus einer Schließstellung, in der die Strömung des Fluids (118) durch den Durchgang blockiert ist, in eine Öffnungsstellung bewegt wird, in der die Strömung des Fluids durch den Durchgang (112) in Reaktion auf eine oder abhängig von einer Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass gestattet wird; – der Stopfen einen stromaufwärtigen Endabschnitt (138) mit einem stromaufwärtigen Endabschnittsdurchmesser, wobei sich das stromaufwärtige Ende proximal des Einlasses (104) befindet, und ein stromabwärtiges Ende (160) mit einem stromabwärtigen Endabschnittsdurchmesser aufweist, wobei sich das stromabwärtige Ende proximal des Auslasses (106) befindet; – der stromabwärtige Enddurchmesser größer als der Durchmesser des stromaufwärtigen Endabschnitts ist, wobei die Bohrung angepasst ist, das stromabwärtige Ende und das stromaufwärtige Ende aufzunehmen und die Bewegung des Stopfens in Richtung auf den Auslass in die Offenstellung zu gestatten, sodass die Bewegung des Stopfens aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung dazu führt, dass das stromaufwärtige Ende von der Innenwand (108) der Bohrung (110) Abstand gewinnt, um einen stromaufwärtigen Spalt zwischen der Innenwand (108) und dem Stopfen zu schaffen; – der Stopfen mindestens einen Kanal (146) aufweist, um die Strömung des Fluids dort hindurch in Reaktion auf die oder abhängig von der Druckdifferenz zu gestatten, wobei der Kanal eine Einlassöffnung (148), die mit dem stromaufwärtigen Spalt in Verbindung steht, wenn sich der Stopfen in der Öffnungsstellung befindet, und mindestens eine Ausgangsöffnung (150) aufweist, die in dem stromabwärtigen Ende des Stopfens angeordnet ist, um mit dem Auslass lagegenau zusammenzupassen; wobei die Vorrichtung auch eine Positioniereinrichtung (142, 590) für den Stopfen aufweist, die den Stopfen in der Schließstellung hält, bis die Positioniereinrichtung getriggert wird (ausgelöst wird), und die Bewegung des Stopfens in die Öffnungsstellung gestattet wird, wenn die Positioniereinrichtung (142, 590) den Auslösezustand erreicht oder ihm ausgesetzt wird; dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung des Stopfens ein temperaturempfindliches Bond- oder Verbindungsmaterial (142) aufweist, das sich zwischen der Innenwand und dem Stopfen befindet, wenn sich der Stopfen in der Schließstellung befindet, wobei das Bond- oder Verbindungsmaterial den Stopfen freigibt, wenn das Verbindungsmaterial mindestens einer vorbestimmten Temperatur ausgesetzt wird, wobei sich der Stopfen aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung abhängig von oder in Reaktion auf Druckdifferenz bewegt.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem, wenn sich der Stopfen in der Öffnungsstellung befindet, der Durchgang eine Querschnittsfläche des Durchgangs (112) aufweist, die entlang des Durchgangs vom Einlass zum Auslass (104, 106) variiert, wobei die Durchgangsquerschnittsfläche stromabwärts des Einlassabschnitts (126) größer als am Einlass (104) ist.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die vorbestimmte Temperatur zwischen etwa 100°C und etwa 150°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Stopfen-Positioniereinrichtung (590) den Stopfen in die Schließstellung vorspannt und die Bewegung des Stopfens in die Öffnungsstellung bei einer Druckkraft gestattet, die sich aus der Druckdifferenz ergibt, die auf den Stopfen ausgeübt wird, die mindestens einen vorbestimmten Druck erreicht und den Stopfen aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung in Reaktion auf die Druckkraft bewegt.
Verfahren nach Anspruch 14, das des weiteren ein Auslassanschlussstück (154) umfasst, das abdichtbar in der Bohrung am Auslass befestigt ist, wobei das Auslassanschlussstück einen Ausgangsdurchgang (156) mit einem Ausgangsdurchgangsdurchmesser umfasst, wobei der Stopfen in der Bohrung (110) durch das Auslassanschlussstück gehalten wird, wenn sich der Stopfen in die Öffnungsstellung bewegt hat.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die mindestens eine Ausgangsöffnung in dem Stopfen so angeordnet ist, dass sie lagegenau mit dem Ausgangsdurchgang zusammenpasst.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Bohrung eine Längsachse bildet, wobei der Einlass und der Auslass koaxial mit der Längsachse sind und der mindestens eine Kanal (146) für eine minimale Abweichung der Strömung des Fluids durch den Durchgang (122) aus einer Richtung parallel zur Längsachse angeordnet ist, wenn sich der Stopfen in die Öffnungsstellung bewegt hat.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Stopfen eine Längsachse aufweist und vier Kanäle mit jeweiligen Einlassöffnungen umfasst, die, bezogen auf den Winkel, gleich beabstandet voneinander um die Längsachse herum angeordnet sind.